基于PLC的矿井排水系统的模糊一PID设计
摘要:针对水泵系统具有非线型、大时滞的特点，将参数自整定模糊PID控制算法应用于水泵系统，利用模糊逻辑进行在线参数自
整定的Fuzzy -PID控制。通过对PID参数进行在线自动调整，实现水泵系统自动控制。仿真结果和实际应用表明:采用参
数自整定的Fuzzy-PID控制，系统具有较强的鲁棒性和良好的稳定性。
关键词:模糊PID;水泵系统;参数自整定
PLC-Based Fuzzy PID in the Mine Drainage System
YI Lian-yun
，(Electromechchanic Department，Dezhou university, Dezhou 253015, China)
Abstract: This paper presents an auto-tuning Fuzzy-PID control arithmetic applied in the water pump system. Simulation result and
field application show that the system possess rather strong robustness and good stability.
Keyword:Fuzzy-PID; water pump; auto-tuning
1引言
传统矿井排水系统常采用多泵定速控制，由于电机一直高
速运行，造成较大的电能消耗。我国每年水泵消耗的电能约占
电能总消耗量的20%以上，而电能消耗又占水费成本的60%以
上Ill。故优化供水系统的控制，具有重要的意义，文献[[2,31曾
做过有益的探索.
随着交流电机变频调速的飞速发展，已有多种恒压排水系
统出现，使排水能耗有了很大改善。近年来，基于PID控制算法
和PLC的变频调速恒压供水技术得到了广泛的应用，被认为是一
种理想的供水方式[’]。但由于控制对象具有非线性和一定的滞后
特性，所以很难建立精确的数学模型，在实际当中，使用基于PID
控制的变频调速时，存在不同程度的超调或震荡现象。对于供水
系统的非线性、高阶次、大滞后、参数易变异及其数学模型难
以确定等特点，适宜于采用模糊控制。但在过程实际应用中，对
于时变参数非线性系统，模糊控制所依赖的控制规则却缺乏在
线自学习或自调整的能力[[5l。因此把PID控制引人模糊控制中组
成Fuzzy -PID复合控制，是改善模糊控制静态性能的一条途
径，文献[6,7, 81曾做过有益的探索。针对以上情况，本文作者
提出将模糊一PID技术用于水泵变频恒压排水系统，仿真及实际
应用表明:模糊一PID控制使水泵系统具有较强的鲁棒性和良好
的稳定性。
2变频恒压变流量节能原理
根据流体力学的基本原理，水泵的流量与转速成正比，压力
与转速的平方成正比，水泵消耗功率(轴功率)与转速的三次方成
正比.即N= krr3, N:为水泵消耗功率，n:为水泵运行时的转
速;K为比例系数。降低转速，消耗功率即可大幅度下降。由电
动机原理可知，电动机转速与电源频率成正比，频率越低，转
速越低。而水泵设计是按工频运行时设计的，但除高峰外，大部
分时间流量较小，此时仍是工频运行，造成能源浪费。系统通过
闭环调速系统，自动控制泵的转速，并自动调整泵的运行台数，
完成排水压力的闭环控制，在管网流量变化时达到稳定供水从而
实现恒压排水。由于采用变频调速技术，因此可以使水泵运行的
转速随流量的变化而变化，最终达到节能的目的。理论上当水泵
转速降低10%时，轴功率降低27.1%，当水泵转速降低20%时，
轴功率降低48.8%。当水泵运行的平均流量为额定流量的50%一
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