摘  要： 针对微型燃气轮机在控制时由于压力不恒定而导致的运行效率低的问题，将模糊PID控制思想运用到控制系统。在传统的PID控制下加入模糊控制，使其PID参数具有在线自整定功能。仿真结果表明，该方法能够很好地提高压力控制效果。
关键词： 燃气轮机；模糊控制；PID控制；仿真

　本文针对国内外微型燃机控制的现状，对提高微型燃机的运行效率进行了深入的研究，提出了先进的微型燃气轮机燃料压力系统模糊控制的思想。常规PID控制原理比较简单、鲁棒性好、可靠性高且容易实现，但是在燃料压力系统中存在干扰以及滞后性等诸多因素，因此采用传统PID控制达不到理想的控制效果。本文在保留传统PID控制优点的基础上，运用模糊PID较强的参数自整定功能，对控制系统的参数进行优化，达到了很好的控制效果。
1 系统总体方案设计
　燃气轮机是以气、液体作为燃料，将燃料燃烧时释放出来的热量转变成有用功，能够高速回转的叶轮式动力机械。与目前其他动力装置相比，微型燃气轮机发电机组具有高效率、低噪声、重量轻、体积小、低污染以及多台集成扩容等优点[1-3]。燃料压力控制系统从属于微型燃机辅助控制单元（AECU）。压力控制器模块负责微型燃气轮机喷油嘴前燃料的恒压控制，为燃机运行提供压力恒定﹑流量可变的气液燃料，是AECU的主要功能模块。本文针对气体燃料展开设计。
　图1为燃料压力控制系统的结构框图，燃料调节阀门根据透平转速和外界负荷变化的要求不断地改变其开度以调整供到燃烧室的天然气流量。在设计时提出了燃料调节阀门前后的天然气压比总是满足小于临界压比的前提条件，因此，流过燃料调节阀门的天然气流量只是燃料调节阀门的开度以及调节阀门前天然气压力P的函数[4]。若能保证燃料调节阀门前（即燃料储罐内）天然气压力P恒定，只要通过控制燃料调节阀的开度就可以间接控制天然气的流量。因此，维持压力恒定（即调节阀前压力P恒定）是保证燃气轮机正常运行的前提条件。由图1可以看出，气体燃料从燃料进口进入，通过燃料压缩机压缩增加压力，燃料储罐外接一个压力传感器，压力传感器进行压力采样，将采样值进行模数转换之后送到AECU控制板。燃料压力控制器按照程序设计的压力控制算法，以压力采样值和压力设定值为输入量，计算出控制量，从而控制燃料压缩机的转速，达到控制压力的目的。压力闭环控制系统主要由AECU、变频器、压缩机和传感器几个部分构成。其中，核心芯片AECU采用美国TI公司的TMS320LF2407A，其本身具有A/D转换电路和CAN总线控制器模块，并具有计算速度块、功耗低和存储空间大等优点，为高性能的控制提供了高效性的信号处理与控制平台。
 

　　在MATLAB中建立模糊控制器，模糊控制器设计好之后，建立模糊规则表，利用MATLAB对普通PID控制和模糊PID控制进行仿真分析，按照实际的压力给定值为0.4 Mpa，仿真结果如图4所示。

　　从图4可得，模糊PID控制器以数字PID控制器为基础，引入模糊控制方法，实现了对PID控制中3个参数的在线调整，根据系统偏差e（t）和偏差的变化率de（t）/dt来改变Kp、Ki和Kd以提高系统的控制精度和反应速度。模糊PID控制相对于数字PID控制有以下的优点：
　（1）Kp、Ki和Kd 3个参数根据系统偏差e（t）和偏差的变化率de（t）/dt动态变化，更符合系统工作中实时变化的规律和特性；
　（2）模糊PID控制精度高，反应时间短。可见，参数自整定模糊PID控制是一种优良的控制方法，在性能上比数字PID有很大提高。但在控制实现的过程中也要综合考虑其他因素的影响，以最大可能地提高控制的性能，即降低控制系统中的反应时间和减小超调量。
　（3）运用于微型燃气轮机燃料压力控制系统压力自动调节的参数自整定模糊PID控制，是在常规PID控制算法的基础上通过计算当前系统误差e（t）和误差变化率de（t）/dt，利用模糊推理对PID 3个参数Kp、Ki和Kd进行在线调整，该方法实现简单、方便易用，对实际控制有重要的指导意义。用模糊推理的方法在线动态调整PID参数，能够发挥PID和模糊控制两者的优点，对被控系统的适应性强，鲁棒性好，特别是在系统参数发生变化时同样可以获得令人满意的控制效果，能很好地适应实际生产过程中的控制要求。
参考文献
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[4] ROWEN W I. Simplified mathematical representations of heavyduty gas turbines[J]. Journal of Engineering for Power， 1983，105（4）：865-869.
[5] 杨德东，张化光，邓玮.微型燃机控制系统设计中的几个问题[J].控制工程，2006，13（3）：278-281.
[6] 薛定宇.控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用（第2版）[M].北京：清华大学出版社，2006.