模糊免疫PID在主汽温控制系统中的应用

第 26 卷第4 期 2006 年 8 月 东北电力大学学报 J ournal Of Northeast Dianli University Natural Science EIIiti0n V 01．26 。No．4 Aug．，2006 文章确号：1005 - 2992 (2006)04 - 0075 —04 模糊免疫 PI D 在 主汽温控制系统 中的应用 赵 君 ，仇 林 庆 ，关硕 ( 东北电力大学 自动化工程学院。吉林 古林 132012 ) 摘 要：借鉴生物免疫反馈响应过程的调节作用和模糊推理逻辑可逼近非线性函数的特性 ，提出将 模糊免疫 PID控制策略应用到火电厂主汽温控制系统中。仿真研究表明。该方法的控制效果优于常规 的 PlD 串级控制。 关键词：模糊免疫 PID；模糊逻辑；主汽温控制系统 中图分类号：TP273 文献标识码 ：A 火电厂主汽温控制系统大多采用常规的PID 串级控制策略。因为它所涉及的设计算法和控制结构 简单，易于参数调整。但是主汽温对象具有时变、不确定和非线性等特性，其模型参数的不确定性以及 在控制系统的运行过程中出现环境变化、元件老化等问题，采用常规的 PID 控制就很难取得满意的控制 品质。生物免疫系统是一种在大量干扰和不确定性环境中都具有很强鲁棒性和自适应性的系统，能对 侵入机体的非己成分(如细胞、病毒和各种病原体等) 以及发生了突变的自身细胞( 如癌细胞) 进行精确 识别、适度响应和有效排除；没有免疫系统的保护，生物体不可避免的会受到感染并导致死亡。借鉴生 物免疫反馈响应过程的调节作用 ，本文提出将模糊免疫 PID 控制策略应用到火 电厂主汽温控制系统 中 ， 仿真结果表明控制性能优于常规的PID 控制。 1 免疫 PID 控制 免疫 PID控制器是借鉴生物系统的免疫机理而设计出的一种非线性控制器。生物的免疫系统对于 外来侵犯抗原，可产生相应的抗体来抵御。抗原和抗体结合后，会产生一系列的反应，通过吞噬作用或产 生特殊酶的作用而毁坏抗原。生物的免疫系统由淋巴细胞和抗体分子组成，淋巴细胞又由胸腺产生的 细胞(分别为辅助细胞 和抑制细胞 ) 和骨髓产生的 细胞组成。当抗原侵入机体并经周围细胞消 化后，将信息传递给 细胞，即传递给 乃和 细胞，然后捌激 细胞。 细胞产生抗体以消除抗原。当抗 原较多时，机体内的细胞较多，而细胞却较少，从而会产生较多的 细胞。随着抗原的减少，体内的 乃细 胞增多，它抑制了 细胞的产生，则 细胞也随着减少。经过一段时间间隔后，免疫反馈系统便趋于平 衡，抑制机理和主反馈机理之间的相互协作是通过免疫反馈机理对抗原的快速反应和稳定免疫系统完 成的 ¨ 。 免疫系统虽然十分复杂，但其抗御抗原的自适应能力却是十分明显的。生物信息系统的这些智能行 为，为科学和工程领域提供了各种理论参考和技术方法。基于上述免疫反馈原理 ，提出了免疫 PID 控制 器：假设第 k 代的抗原数量为 e( k) ，由抗原刺激的 细胞的输出为 ( k) ，Ts 细胞对 细胞的影响为 收 稿 日期 ．2006 - 04 - 04 作者筒介：赵君( 1963 一) ．男。东北电力大学自动化工程学院高级工程师。主要从事计算机过程控制、现代测试技术及仪表等方面 的研究 ． 维普资讯 http://www.cqvip.com 76 东北电力大学学报 第26 卷 (Ii}) ，则 细胞接受的总刺激为 ： S(jc) = Th(J}) 一Ts(J}) ( 1) 式 中，rh( Ii}) = kl8( Ii}) ， ( Ii}) = k2f ( As(Ii}) )8 (|i}) 若以抗原数量 ( k) 作为偏差 e(k) ，B 细胞接受的总刺激 S(k) 作为控制输入 (k) ，则有如下的反 馈控制规律： u( Ii}) = K(1 一nf(u(Ii}) ，g u(k) ) )e(Ii}) = kt．1e(k) (2) 式中，kpl = K( 1 一 ll( JI) ，Au(J}) ) ) ，K = kl 为控制反应速度， = k2／k。为控制稳定效果 ·) 为一 选定的非线性函数。 2模糊控制器 2 ．1模糊控制 模糊控制是建立在人工经验的基础上的。并用语言表达出来，就是一些定性的、不精确的控制规 则。用模糊数学将其定量化就转化为模糊控制算法。模糊控制理论在最近的短短十年来发展非常迅 速，主要归结为模糊控制具有一些...