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智能PID控制的仿真研究与工程应用

张明  
【摘要】:本文主要包括两部分内容,一是基于托卡马克装置极向场电源的控制仿真研究了智能PID 控制方法,二是氢等离子体裂解煤制乙炔电源控制系统的设计和实验调试。 极向场电源是托卡马克装置的重要子系统,它为等离子体的产生和加热提供能量,为等离子体的约束和维持提供必要的磁场位形,也为等离子体电流、位置、形状、分布和破裂提供必要的控制手段。极向场线圈由于其运行条件的影响,系统参数具有时变、非线性、不确定等因素,常规PID 算法难以满足较高精度的控制要求。本文基于托卡马克装置极向场电源的控制研究了智能PID 控制方法,建立极向场简单数学模型,对模糊PID 控制算法进行了数值仿真。仿真结果显示,此算法灵敏度高,有较好的稳定性和鲁棒性,用于极向场电源的控制系统中,将可以达到较好的控制效果。 氢等离子体裂解煤制乙炔装置负载是一个V 型的离子炬,要求在氮气条件下加直流高压3000-5000V 击穿起弧,然后按照设定电流值维持电弧稳态运行,转换成氢气电弧后加入煤粉,就会发生反应生成乙炔等烃类化合物。由于装置在起弧前后电路的负载特性差异很大,所以整流器输出电压变化极大,给恒定电流反馈控制带来很大的困难,常规的PID 控制难以达到预定控制目标。 本文设计了氢等离子体裂解煤制乙炔装置电源控制系统,利用专家PID 控制可以对不同负载特性采用不同控制参数的优点,对回路电流进行实时反馈控制,控制系统调试通过后在实验中运行; 使用MATLAB 软件进行数值仿真和SIMULINK 工具箱进行模块仿真。仿真结果表明,专家PID 控制方法的控制效果良好,达到了预定的控制目标。装置运行结果显示,电源及控制系统可以成功起弧并稳态运行,实际电流与预设电流一致,控制效果很好。


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