CN107367945A - 一种调整给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统 - Google Patents

一种调整给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种调整给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统，所述模糊控制方法包括：接收检测装置发送的检测输入量；计算检测输入量与给定值的偏差及偏差变化率，以作为模糊控制的输入变量；基于模糊控制的输入变量得到模糊控制的输出变量，其变化规律为：当偏差以及偏差的变化率均为正值时，则降低输出变量；当偏差为正值、偏差的变化率为负值时，则输出变量保持不变；当偏差为零、偏差的变化率为正值时，则降低输出变量；当偏差为负值时，则增大输出变量。根据本发明的方法，可以更精确地模拟人脑来处理模糊信息，更人工智能化，能够提高自动化程度，提高给料效率，使得炉膛给料更加均匀，避免给料过度或过少的问题。

Description

一种调整给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统
技术领域
本发明涉及垃圾焚烧领域，具体而言涉及一种用于马丁焚烧炉的调整给料炉排给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统。
背景技术
对生活垃圾减量化、无害化、资源化的处理是当前以及今后面临的重大环境问题，生活垃圾焚烧发电技术由于对生活垃圾减量化明显，同时又能够利用余热发电，实现资源化，另外又能够控制对环境的二次污染，在我国得到了迅速发展。
马丁焚烧炉的垃圾通过给料小车和给料炉排供料。给料小车将在溜槽里由于重力作用而压紧的垃圾通过推料而进行松散，并使垃圾均匀布置在炉排上。给料小车也可将从溜槽中滑落下来的垃圾沿水平方向推至炉排。每列给料炉排设置有单独的给料小车，给料炉排通过安装在液压阀站的调节速度阀门开度来控制推料器前进和后退的运动，并且可以分别调节行程以及速度。可见，给料炉排的控制直接关系到垃圾给料是否均匀，垃圾燃烧是否充分，在整个垃圾焚烧过程中起着非常重要的作用。然而，目前的调整给料速度的控制器的自动化程度低，导致垃圾给料不均匀，影响了垃圾的充分燃烧。
因此，需要一种用于垃圾焚烧的调整给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统，以解决上述技术问题。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明提供一种调整给料速度的模糊控制方法，包括：接收检测装置发送的检测输入量；计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率，以作为模糊控制的输入变量；基于所述模糊控制的输入变量进行模糊推理和决策，以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量，其中所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差以及所述偏差的变化率均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为正值、所述偏差的变化率为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差为零、所述偏差的变化率为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为负值时，则增大所述输出变量。
进一步，所述检测输入量包括锅炉负荷、焚烧炉排一段料层厚度和第一烟道顶部温度。
进一步，所述模糊控制的输入变量包括所述锅炉负荷的检测输入量与给定值之间的偏差、锅炉负荷偏差的变化率、所述焚烧炉排一段料层厚度的检测输入量与给定值之间的偏差、焚烧炉排一段料层厚度偏差的变化率、所述第一烟道顶部温度的检测输入量与给定值之间的偏差和第一烟道顶部温度偏差的变化率。
进一步，所述模糊控制的输出变量包括给料炉排速度。
进一步，本发明还提供一种调整给料速度的模糊控制器，包括:输入模块，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；处理模块，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量；输出模块，用于将所述模糊控制的输出变量输出至执行机构，由所述执行机构根据所述模糊控制的输出变量对被控对象进行控制，其中所述处理模块中的所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差以及所述偏差的变化率均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为正值、所述偏差的变化率为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差为零、所述偏差的变化率为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为负值时，则增大所述输出变量。
进一步，所述模糊控制器的检测输入量包括锅炉负荷、焚烧炉排一段料层厚度和第一烟道顶部温度。
进一步，所述模糊控制器的执行机构包括给料炉排推进器。
进一步，所述模糊控制器的执行时间为20秒-40秒。
进一步，所述处理模块包括函数单元、规则单元和合成单元。
进一步，本发明还提供一种调整给料速度的模糊控制系统，包括上述的模糊控制器。
综上所述，根据本发明的调整给料速度的模糊控制方法，可以更精确地模拟人脑来处理模糊信息，更人工智能化，能够提高自动化程度，提高给料效率，使得炉膛给料更加均匀，避免给料过度或过少的问题。
附图说明
本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
附图中：
图1为本发明实施例一的调整给料速度的模糊控制方法的示意性流程图；
图2为本发明实施例二的调整给料速度的模糊控制器的结构框图；
图3为本发明实施例三的调整给料速度的模糊控制系统的结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出具体的实施方案，以便阐释本发明如何改进现有技术中存在的问题。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
根据目前的用于垃圾焚烧的调整给料速度的模糊控制方法、控制器及控制系统，调整给料速度的控制器的自动化程度低，导致垃圾给料不均匀，影响了垃圾的充分燃烧。
实施例一
鉴于上述问题的存在，本发明提供一种调整给料速度的模糊控制方法，如图1所示，其包括以下主要步骤：
在步骤S101中，接收检测装置发送的检测输入量；
在步骤S102中，计算所述检测输入量与给定值之间的偏差(E)以及所述偏差的变化率(DE)，以作为模糊控制的输入变量；
在步骤S103中，基于所述模糊控制的输入变量进行模糊推理和决策，以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量，其中所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差(E)以及所述偏差的变化率(DE)均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差(E)为正值、所述偏差的变化率(DE)为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差(E)为零、所述偏差的变化率(DE)为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差(E)为负值时，则增大所述输出变量。
根据本发明的方法，可以更精确地模拟人脑来处理模糊信息，更人工智能化，能够提高自动化程度，提高给料效率，使得炉膛给料更加均匀，避免给料过度或过少的问题。
其中，所述检测输入量与给定值的偏差是检测输入量减去给定值所得到的差值。偏差为正值时，代表检测输入量大于给定值；偏差为负值时，代表检测输入量小于给定值；偏差为零时，代表检测输入量等于给定值。所述偏差的变化率指偏差随时间的变化率，即下一采样时刻的偏差减去前一采样时刻的偏差所得到的差值与采样时间间隔的比值。偏差的变化率为正值时，代表偏差在增大；偏差的变化率为负值时，代表偏差在减小。
进一步，所述检测输入量包括锅炉负荷(LOAD)、焚烧炉排一段料层厚度(THICK)和第一烟道顶部温度(TOPTEMP)。所述模糊控制的输出变量包括给料炉排速度。
具体地，所述模糊控制的输入变量有六个，分别是：锅炉负荷的检测输入量与给定值之间的偏差(LOADE)、锅炉负荷流量偏差的变化率(LOADDE)、焚烧炉排一段料层厚度的检测输入量与给定值之间的偏差(THICKE)、焚烧炉排一段料层厚度偏差的变化率(THICKDE)、第一烟道顶部温度的检测输入量与给定值之间的偏差(TOPTEMPE)、第一烟道顶部温度偏差的变化率(TOPTEMPDE)。
进一步，给料炉排速度的变化规律为：当LOADE以及LOADDE均为正值时，则降低给料炉排速度；当LOADE为正值、LOADDE为负值时，则给料炉排速度保持不变；当LOADE为零、LOADDE为正值时，则降低给料炉排速度；当LOADE为负值时，则增大给料炉排速度；当THICKE以及THICKDE均为正值时，则降低给料炉排速度；当THICKE为正值、THICKDE为负值时，则给料炉排速度保持不变；当THICKE为零、THICKDE为正值时，则降低给料炉排速度；当THICKE为负值时，则增大给料炉排速度；当TOPTEMPE以及TOPTEMPDE均为正值时，则降低给料炉排速度；当TOPTEMPE为正值、TOPTEMPDE为负值时，则给料炉排速度保持不变；当TOPTEMPE为零、TOPTEMPDE为正值时，则降低给料炉排速度；当TOPTEMPE为负值时，则增大给料炉排速度。
进一步，所述模糊控制的执行机构包括给料炉排推进器。根据锅炉负荷(LOAD)、焚烧炉排一段料层厚度(THICK)及第一烟道顶部温度(TOPTEMP)的计算值与实际设定值之间的偏差及偏差变化率，通过调节速度阀门开度来控制推料器的前进和后退的运动，并且可以分别调节行程以及速度，其中推进器的最大行程为1500mm。所述模糊控制的执行时间为20秒-40秒，优选30秒。
根据本发明的调整给料速度的模糊控制方法，可以更精确地模拟人脑来处理模糊信息，更人工智能化，能够提高自动化程度，提高给料效率，使得炉膛给料更加均匀，避免给料过度或过少的问题。
实施例二
本发明还提供一种调整给料速度的模糊控制器，如图2所示为所述模糊控制器的结构框图，其包括：
输入模块201，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差(E)以及所述偏差的变化率(DE)以作为模糊控制的输入变量；
处理模块202，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量，其中所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差(E)以及所述偏差的变化率(DE)均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差(E)为正值、所述偏差的变化率(DE)为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差(E)为零、所述偏差的变化率(DE)为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差(E)为负值时，则增大所述输出变量；
输出模块203，用于将所述模糊控制的输出变量输出至执行机构，由所述执行机构根据所述模糊控制的输出变量对被控对象进行控制。
进一步，所述模糊控制器的检测输入量包括锅炉负荷(LOAD)、焚烧炉排一段料层厚度(THICK)和第一烟道顶部温度(TOPTEMP)。所述模糊控制的输出变量包括给料炉排速度。所述模糊控制器的被控对象是给料炉排速度。
具体地，所述模糊控制器的输入变量有六个，分别是：锅炉负荷的检测输入量与给定值之间的偏差(LOADE)、锅炉负荷流量偏差的变化率(LOADDE)、焚烧炉排一段料层厚度的检测输入量与给定值之间的偏差(THICKE)、焚烧炉排一段料层厚度偏差的变化率(THICKDE)、第一烟道顶部温度的检测输入量与给定值之间的偏差(TOPTEMPE)、第一烟道顶部温度偏差的变化率(TOPTEMPDE)。
进一步，给料炉排速度的变化规律为：当LOADE以及LOADDE均为正值时，则降低给料炉排速度；当LOADE为正值、LOADDE为负值时，则给料炉排速度保持不变；当LOADE为零、LOADDE为正值时，则降低给料炉排速度；当LOADE为负值时，则增大给料炉排速度；当THICKE以及THICKDE均为正值时，则降低给料炉排速度；当THICKE为正值、THICKDE为负值时，则给料炉排速度保持不变；当THICKE为零、THICKDE为正值时，则降低给料炉排速度；当THICKE为负值时，则增大给料炉排速度；当TOPTEMPE以及TOPTEMPDE均为正值时，则降低给料炉排速度；当TOPTEMPE为正值、TOPTEMPDE为负值时，则给料炉排速度保持不变；当TOPTEMPE为零、TOPTEMPDE为正值时，则降低给料炉排速度；当TOPTEMPE为负值时，则增大给料炉排速度。
进一步，所述模糊控制器的执行机构包括给料炉排推进器。根据锅炉负荷(LOAD)、焚烧炉排一段料层厚度(THICK)及第一烟道顶部温度(TOPTEMP)的计算值与实际设定值之间的偏差及偏差变化率，通过调节速度阀门开度来控制推料器的前进和后退的运动，并且可以分别调节行程以及速度，其中推进器的最大行程为1500mm。所述模糊控制的执行时间为20秒-40秒，优选30秒。
进一步，所述处理模块包括函数单元、规则单元和合成单元。其中，所述函数单元用于分别确定所述检测输入量和模糊控制的输出变量的模糊语言值和所述模糊语言值的隶属函数，所述隶属函数包括所述检测输入量的模糊语言值对于所述输入论域的隶属函数和所述模糊控制的输出变量的模糊语言值对于所述输出论域的隶属函数。所述规则单元用于根据所述模糊语言值的隶属函数，将模糊规则库中的各模糊条件语句对应的模糊向量做笛卡尔乘积得到分模糊关系矩阵，并将所述各分模糊关系矩阵做并集得到模糊关系矩阵。所述合成单元用于根据模糊推理合成规则，由所述模糊输入量和所述模糊关系矩阵合成得到模糊控制的输出变量。
根据本发明的调整给料速度的模糊控制器，可以更精确地模拟人脑来处理模糊信息，更人工智能化，能够提高自动化程度，提高给料效率，使得炉膛给料更加均匀，避免给料过度或过少的问题。
实施例三
本发明还提供一种调整给料速度的模糊控制系统，如图3所示，其包括：上位机监控电脑、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)和现场仪表、阀门。
所述控制器系统是一个强耦合的控制系统，并且是一个多变量、多目标的控制系统。其中，所述上位机监控电脑包括模糊控制器、服务器和以太网接口。进一步，在结构上，所述模糊控制器包括人机界面、数据库、模糊工具和驱动程序，如图3所示。在功能上，所述模糊控制器包括输入模块、处理模块和输出模块，其中，所述输入模块用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；所述处理模块用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量，其中所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差(E)以及所述偏差的变化率(DE)均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差(E)为正值、所述偏差的变化率(DE)为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差(E)为零、所述偏差的变化率(DE)为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差(E)为负值时，则增大所述输出变量；所述输出模块用于将所述模糊控制的输出变量输出至执行机构，由所述执行机构根据所述模糊控制的输出变量对被控对象进行控制。
根据本发明的调整给料速度的模糊控制系统，可以更精确地模拟人脑来处理模糊信息，更人工智能化，能够提高自动化程度，提高给料效率，使得炉膛给料更加均匀，避免给料过度或过少的问题。
本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (10)

1.一种调整给料速度的模糊控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
接收检测装置发送的检测输入量；
计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率，以作为模糊控制的输入变量；
基于所述模糊控制的输入变量进行模糊推理和决策，以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量，
其中所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差以及所述偏差的变化率均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为正值、所述偏差的变化率为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差为零、所述偏差的变化率为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为负值时，则增大所述输出变量。
2.根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述检测输入量包括锅炉负荷、焚烧炉排一段料层厚度和第一烟道顶部温度。
3.根据权利要求2所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制的输入变量包括所述锅炉负荷的检测输入量与给定值之间的偏差、锅炉负荷偏差的变化率、所述焚烧炉排一段料层厚度的检测输入量与给定值之间的偏差、焚烧炉排一段料层厚度偏差的变化率、所述第一烟道顶部温度的检测输入量与给定值之间的偏差和第一烟道顶部温度偏差的变化率。
4.根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制的输出变量包括给料炉排速度。
5.一种调整给料速度的模糊控制器，其特征在于，包括：
输入模块，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；
处理模块，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量、基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量、并将所述模糊输出量解模糊化为模糊控制的输出变量；
输出模块，用于将所述模糊控制的输出变量输出至执行机构，由所述执行机构根据所述模糊控制的输出变量对被控对象进行控制，
其中所述处理模块中的所述模糊控制的输出变量的变化规律为：当检测输入量与给定值的偏差以及所述偏差的变化率均为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为正值、所述偏差的变化率为负值时，则所述输出变量保持不变；当检测输入量与给定值的偏差为零、所述偏差的变化率为正值时，则降低所述输出变量；当检测输入量与给定值的偏差为负值时，则增大所述输出变量。
6.根据权利要求5所述的模糊控制器，其特征在于，所述模糊控制器的检测输入量包括锅炉负荷、焚烧炉排一段料层厚度和第一烟道顶部温度。
7.根据权利要求5所述的模糊控制器，其特征在于，所述模糊控制器的执行机构包括给料炉排推进器。
8.根据权利要求5所述的模糊控制器，其特征在于，所述模糊控制器的执行时间为20秒-40秒。
9.根据权利要求5所述的模糊控制器，其特征在于，所述处理模块包括函数单元、规则单元和合成单元。
10.一种调整给料速度的模糊控制系统，包含权利要求5-9之一所述的模糊控制器。
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