引言

02常規(guī)PID控制

     模糊控制是指在自動控制領(lǐng)域內(nèi)將模糊數(shù)學(xué)的理論加以應(yīng)用而得到的控制方式方法。模糊控制的產(chǎn)生是與社會科技的需要和發(fā)展緊密相連的。在利用傳統(tǒng)控制方法進(jìn)行控制時，無論是模擬還是數(shù)字的控制方法，都是對被控對象進(jìn)行建模，得到數(shù)學(xué)模型。在現(xiàn)實(shí)中，諸多對象利用數(shù)學(xué)的方法難以獲得或者無法得到準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，尤其是帶有時變、非線性等元素的復(fù)雜不確定系統(tǒng)，基本無法得到精確的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而無法進(jìn)行有效地控制。

由于尋找滿足條件的新控制方法的迫切需求存在，模糊控制的誕生意義非凡。因其不用建立數(shù)學(xué)模型，只是將系統(tǒng)作為一個黑箱考慮，僅僅利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)和運(yùn)行人員豐富的現(xiàn)場操作經(jīng)驗(yàn)，就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時調(diào)節(jié)控制。模糊控制主要具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：模糊控制不需要在設(shè)計(jì)中建立精準(zhǔn)的被控對象模型，直接采用類似人類語言系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)則，依賴行業(yè)專家知識或運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)，控制機(jī)理被容易接受和理解，設(shè)計(jì)簡單，應(yīng)用方便。

模糊控制以工業(yè)過程的定性認(rèn)識為基礎(chǔ)，較為便捷地制定語言控制規(guī)則，因此，其非常適用動態(tài)特性各異、數(shù)學(xué)模型不易得到的被控對象。

模糊控制巧妙的把握控制規(guī)律間的模糊聯(lián)系，從初始點(diǎn)和性能指標(biāo)的獨(dú)立性進(jìn)行研究，容易獲得兼而有之的結(jié)果，實(shí)現(xiàn)控制效果最優(yōu)。

模糊控制系統(tǒng)魯棒性強(qiáng)，能夠最大限度地降低外來擾動和參數(shù)變化對系統(tǒng)的影響，對時變、非線性系統(tǒng)具有很好的控制效果。

模糊控制的控制規(guī)則是基于人的經(jīng)驗(yàn)做出的，由語言決策規(guī)則設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)的適應(yīng)能力和智力水平達(dá)到了一定的高度。

Fuzzy-PID控制，即模糊PID控制，其實(shí)是兩者的有效結(jié)合，兼具PID控制器和模糊模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了它們各自存在的問題，可以簡單、有效地對復(fù)雜和模型不明確的系統(tǒng)進(jìn)行控制，尤其適用于大慣性、多輸入的系統(tǒng)。

模糊PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示，由常規(guī)PID控制部分和基于模糊推理的參數(shù)調(diào)整部分組成。基本的控制思路是，將系統(tǒng)偏差e進(jìn)行微分處理，得到偏差變化率ec，再將兩個參數(shù)作為輸入變量在模糊控制器中進(jìn)行模糊推理運(yùn)算，得到的結(jié)果針對PID的Kp、Ki、Kd進(jìn)行在線整定，實(shí)時滿足控制器的參數(shù)要求，使得被控對象具有較好的動、靜態(tài)性能。由此可知，F(xiàn)uzzy-PID 控制器是以e和ec為輸入、以 Kp、Ki、Kd為輸出的雙輸入三輸出控制器。

要消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差一定要有積分環(huán)節(jié)存在，而單純的模糊控制無法做到，導(dǎo)致平衡點(diǎn)附近經(jīng)常出現(xiàn)微小的振蕩。模糊PID控制器就很好地結(jié)合了模糊控制和PID控制的優(yōu)點(diǎn)，又互相補(bǔ)充自身的不足，對于復(fù)雜系統(tǒng)的、不確定性的控制取得了顯著的效果。

氣候模型專家系統(tǒng)，是根據(jù)從氣象局得到當(dāng)天的天氣預(yù)報數(shù)據(jù)計(jì)算出熱源及每個換熱站的控制給定參數(shù)和控制方式，通過信息通訊平臺自動分批次地下發(fā)控制命令，下位控制系統(tǒng)本地自動執(zhí)行并將執(zhí)行結(jié)果回傳到控制中心。本地自控系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)回水流量的手段，以最大流量限制為基準(zhǔn)，進(jìn)行自動梯度控制實(shí)現(xiàn)對供應(yīng)熱量的控制。當(dāng)實(shí)現(xiàn)自動供熱控制條件不足時，系統(tǒng)自動進(jìn)入限流狀態(tài)，等待條件成熟之后獲得控制參數(shù)的更新。 

在參數(shù)給定工作中，針對不同參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)先級，換熱站分配流量限制優(yōu)先級最高，其次是一次回水溫度和二次供回水壓差下限，優(yōu)先保證對系統(tǒng)穩(wěn)定重要的參數(shù)。遇到通訊不暢或者線路故障等情況，按照既定梯度范圍，本地控制器依照設(shè)計(jì)要求，對輸出熱量進(jìn)行特定幅度地增加和較為柔和地調(diào)節(jié)，同時將實(shí)時數(shù)據(jù)同步到下位控制器內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)存儲器中。氣候模型專家系統(tǒng)是以歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過專家的分析和計(jì)算得出控制策略的智能系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)完善，并逐步趨于最優(yōu)化控制模型。建立該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

以權(quán)威機(jī)構(gòu)發(fā)布的天氣預(yù)報為藍(lán)本，真實(shí)反映天氣情況，并根據(jù)未來一天氣象數(shù)據(jù)的變化，自動調(diào)整控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)控制最優(yōu)化。

參考換熱站的具體特點(diǎn)，針對不同的性質(zhì)的熱用戶采用個性化的供熱模式設(shè)計(jì)，比如公建、機(jī)關(guān)、學(xué)校等用戶，針對其白天人員活動較多、夜晚相對較少的情況，適當(dāng)降低夜晚的供熱量，可以達(dá)到節(jié)能的效果。

氣候模型在供熱初期可以暫時脫離，面對熱源廠供熱參數(shù)的波動情況，采取流量定值分配控制，可以避免出現(xiàn)換熱站根據(jù)氣候模型自動調(diào)整造成的“搶水”現(xiàn)象，保證水力平衡，進(jìn)而過渡到穩(wěn)定狀態(tài)。