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应用模糊逻辑控制在Iraq-Turkey阴极保护重油

M.ALIAKCAYOL

Gazi大学学院、工程、建筑、部门计算机工程,Maltepe,06570年

Ankara,Turkey

akcayol@gazi.edu.tr

摘要外加电流阴极保护装置被广泛用于防止腐蚀的结构钢材。

主要成分是电阻率、氯化物,硫酸盐,酸性）土壤里去的。

因为这些变化这transformer-rectifier单位必须控制和调整输出电压取决于所需的参考电稳步上升。

通常,经典PID控制,如有,已被广泛用于他们进步的基础上手动调节理想的参考电压。

但是,经典控制需要不同的收益更高或更低的输出电压结束为了避免超调和振荡范围。

在这项研究中,一个闭环控制系统结合模糊逻辑已发展为调整输出电压transformer-rectifier单位。

该算法基于模糊逻辑在现代单片机实现了（PIC16F877）让灵活性好各种实时应用。

理想的参考电压已经得到利用键盘和输出已经显示在液晶。

它的获得是通过实施一个适应机制,基于模糊逻辑控制器来补偿和动态变化环境的变化。

该模糊逻辑控制器应用于两个不同的领域Iraq-Turkey原油管道输送。

当表现所提出的模糊控制器是所观察到的,现在已经明白,transformer-rectifier单元的输出电压控制的模糊逻辑控制器具有无超调及振荡在这两个区域。

关键词:

模糊控制、阴极保护,单片机

1．介绍

外加电流阴极保护装置已成功外加电流阴极防护用于保护地下管道、船船壳,海上石油平台、地下储罐、许多暴露在腐蚀性环境下的其他结构。

这结构暴露在各种各样的环境在不同的阶段,包括生产、运输、储存、以及日常和季节变化的环境。

假如结构移动变化的暴露情况甚至更大。

腐蚀或恶化的速度保护漆金属的影响通过改变等因素、电阻率、湿度、温度、pH值、氧浓度、溶解或固体污染物,电解液流速[1]。

土壤变化引起潜在的差异（电化学力）于金属表面产生的在制备电化学腐蚀的细胞。

有超过50个一般类型的泥土腐蚀性能特征。

每一个不同的有不同类型的土壤的土壤电阻率值。

地区这里的土壤电阻率值相对有很大的变化吗短的距离,不同的环境腐蚀细胞形成了。

这些类型的电化学腐蚀细胞最严重的当阳极相对较小,土壤电阻率最低和电势区别是吗最大的。

对金属腐蚀速度埋在干燥的土壤可以忽略不计。

然而,当含水率升高,腐蚀埋地金属率控制的导电性,pH值、氧含量、咄咄逼人的离子浓度和生物活动在土壤里。

自然土壤（砂、淤泥或粘土）的价值,这些参数可能有很大差别。

长管道或深油气井套管的可能通过几种不同类型的土壤中产生阳极和阴极于金属表面,经常分离大的距离。

因为这些问题,输出电压transformer-rectifier（TR）的单位要求阴极保护（CP）取决于需要频繁更换金属被保护,保护我们的环境。

TR单位有时被用于当结构尺寸（高架水吗坦克,他们不同的水位）都在不断地变化,CP的电路或电阻（anode-to-earth阻力由于极度的dry-to-wet条件）变化显著在一个特定的位置。

当CP的电路电阻的变化在一个特定位置明显由于anode-to-earth

44Akcayol

电阻dry-to-wet受到极端条件下,TR单元用于保持正确的输出电压应用到结构被保护。

近年来,有了越来越多的关注开发有效的腐蚀控制来改善CP。

如今,PI（比例和积分）或PID（比例,整体衍生）控制得到了广泛的应用控制输出电压的TR单位有珍宝手动操作以参考电压调节[12]。

TR单元高输出电压的收益需要不同PID维护正确的输出电压。

模糊逻辑提供了一种有力的工具,它可以让工程师将人类思维在控制系统。

作为反对经典控制理论、模糊逻辑设计不是基于数学模型的系统。

模糊逻辑控制器实现人类思维的调速系统在模糊逻辑可编程语言（会员功能、制度和规则解释）[2]。

自然的具有自适应特性调速系统,能够实现鲁棒性响应系统具有不确定性、参数变化,和负载扰动[3]。

自从介绍了模糊逻辑[4],许多研究人员研究复杂系统的建模,和FLCs已经广泛应用于几个应用[5]。

快速改进的处理能力的现代数字化控制技术使调速系统可行的和吸引力在许多工业部门。

在这项研究中,研制出一种调速为调整输出电压的TR单位。

控制单位调速TR安装和广泛的测试在两个不同的应用Iraq-Turkey地区原油管道输送。

在下面,第二节介绍了CP在细节,第三节设计和优化调速、效益所提出的控制方案的实施,调速系统调速系统给出了算例。

第四章提出的结果显示了调速系统通过实际安装了TR单位在两个不同的应用范围。

在第五部分,结果控制调速系统TR单位是完全讨论。

最后,结论介绍第6部分。

图1。

外加电流阴极保护。

2．阴极保护

一个金属材料的腐蚀是一种电化学法在电解质现象,溶解的物质有关一个电流流动吗阳极（腐蚀）之间和阴极（non-corroding或保护）的地区[6]。

有四个组成部分腐蚀细胞。

其中包括阳极（腐蚀发生）,阴极（这是防止腐蚀）,一个电解质（导电通道,是一种常见的环境对阳极和阴极）,和一个金属的路径阳极和阴极连接。

腐蚀发生在阳极的区域和相关管道的

用和操作;

IFVrefe=NBANDVrefce=NBTHEN

_PWM=Z

调速系统的应用系统改变的责任循环的PWM（脉冲宽度调制）的输出单片机。

输入变量控制器参考电压误差（Vrefe）和变化的参考电压误差（Vrefce）进行了控制器的使用Vrefe。

输出变量是责任周期的变化脉宽调制（PWM）。

PWM（脉宽调制）获得的产量单片机。

参考电压误差

Vrefe=Vrefd−Vrefm,

希望在Vrefd参考电压是Vrefm吗参考电压测量。

参考的变化电压误差是

Vrefce=Vrefe−Vrefo,

在Vrefe是一个参考电压误差、Vrefo是以前的吗参考电压误差。

3.2。

该调速系统的优化

规则库和隶属度函数的调速系统被定义和优化三个阶段。

输入和输出之间的关系首先界定了通过首先定义ofobserving系统的动态特性。

图3显示。

基于VrefdVrefm的波动

图2。

调速系统框图的应用系统。

46AkcayolFigure

图2。

调速系统框图的应用系统。

Vrefm和Vrefd相等的穿越点cx。

mx分显示的Vrefm最大和最小值,和Ax显示区域的改变在错误。

之间的关系cx、mx、Vrefe,创造了Vrefce使用图3显示在表1。

在获得的关系,初步范围和会员函数的参数Vrefe−定义（3.0,−2.0,−1.0、0.0、1.0、2.0、3.0）,Vrefce（−−−1.0,0.7,0.3,0.0、0.3、0.7、1.0）,和1.0,−−PWM（0.7,0.3,0.0,0.3−,0.7,1.0）。

利用这些价值观,共49规则具有酥脆值定义使用关系表现在表1。

他们中的一些人是说明表2。

在第二阶段,调速与初值的计算规则库和隶属度函数被用来模拟系统的软件在不同工作条件。

一些规则被遗漏一些新的规则知识库的分布addedto取决于使用的规则[11]。

隶属度函数的参数也被调整利用仿真软件。

因为TR单位必须有能力处理未知的变化的环境中,在最后一个阶段

规则库和隶属度函数调谐方法实际上TR单位安装在几个应用范围具有不同的腐蚀性能。

确保适当的CP的设计方案,系统应包括一个指挥部的空间和时间的影响,microclimaticmicroenvironmental阴极反应的影响因素、操作例如,温度、湿度、湿润、氧气和氯离子浓度、酸碱度,他们都影响CP电流和应考虑的设计、维护,管理单位。

TR

图4展示了优化隶属函数所得仿真软件。

五个级别的模糊求得了隶属度函数的所有变数。

根据模拟和实际安装、最好的回应该系统在五个层面得到会员功能比别人。

表5×53所示优化规则库已经系统采用了。

3.3。

该调速系统的好处

经典的控制器设计和要求。

很难微调收益以追求最佳的性能。

从一个单纯的,人类控制方面,有一个优势调速经典控制器,它使用语言规则和变量代替低水平的微分方程组。

图4。

得到优化隶属度函数的仿真软件。

即使PID控制器具有适当的解决方案,他们有两个主要的缺点:

他们不能产生一个良好的控制如果一个控制系统性能的非线性和不确定的其次调整控制器增益单调乏味的费时。

为了获得最好的性能,比例,积分,和衍生产品收益需要谨慎的调谐。

例如,太多的积分增益和控制会over-correct任何电压误差导致振动的条件关于设定的电压。

有很多方法去选择PID收益。

通常,一个新尝试,经营者利用误差的方法。

使用一个尝试和错误的方法是有明显提高在操作的经验与其他系统。

直接使用PID控制常常见到低电压控制回路的性能,一般规定尝试与错误的方法。

超调,上升时间是紧密的联系使增益调整耦合困难。

现在已经明白这untunedTR单位或调谐尝试和错误方法有明显的超调量和恒振动的条件[12]。

目前,一个单独的PID调整为每个应用程序管理的表在每个输出电压设定区域,这是相当劳动密集型行业。

此外,PID参数需要频繁由于变化调整的应用领域条件。

CP的复杂性和存在的问题实施经典控制器消除变异在PID调整鼓励我们探讨智能控制技术,如模糊逻辑控制作为一种解决办法系统时滞、非线性和使用手册调整程序需要确定[13]。

的目标是代替这套调速系统与调速系统PID控制器的一个并消除其需要作进一步的调整,一旦TR单位投入运行。

在比较与经典控制器,简单实现调速,故可thecomplicated数学建模过程和用途一套控制规则来代替。

调速系统也具有更强的鲁棒性参数变化。

该调速系统测试算法,TR单位已经安装而广泛的测试在两种不同的应用领域Iraq-Turkey原油管道。

3.4。

调速系统的实施为TR单位

在这项研究中,输出电压的theTRunit已经调好使用调速系统。

一个IGBT（绝缘门双极晶体管）用于电力设备。

PIC16F877单片机被用于PWM和闭环控制系统。

调速系统的规划首次在PC上。

准备然后转移到单片机通过平行港口。

详细的方案的完整的系统中所示图5。

该系统主要由四个单元即电源,单片机和司机、降压转换器,键盘LCD（液晶显示器）。

供电电路供应权力的IGBT,IGBT的司机和单片机,LCD液晶显示器、键盘。

PIC16F877单片机已经用来控制

系统。

PIC16F877比较测量参考电压然后和期望的参考电压调整输出电压的TR单位。

如果一个错误发生错误信息显示在液晶和系统关闭。

在单片机控制系统责任意味着改变周期的脉宽调制信号。

这降压转换器是用来转换PWM信号,利用单片机所产生的20岁吗KHz,模拟信号。

键是用来参考电压输入。

按键由三个按钮即,增加,结果,和集合。

LCD显示屏显示测量值和错误信息。

图5。

详细的方案的完整的体系。

图6。

地图Iraq-Turkey原油管道输送。

3．实验结果

实验电路由一个TR单位,有很好的参考价值电极、管道和一个辅助阳极。

积极终端的TR单位被连接到辅助阳极和负面终端是管道。

参考电极被用来获取测量参考电压。

实验结果得出了示波器和以下。

在这种应用中,防止振动是很重要的和补偿的变化在不同的环境。

该控制器也必须有能力处理改变操作条件如设定的改变,未知ofTRunits不同位置的变化引起的在季节变化及其变化的应用范围。

得到的结果其实安装TR单位在两个不同的应用领域即Viransehir,Cizre这是点Iraq-Turkey原油管道,如图6。

这些监测站被选,因为Viransehir阻力和Cizre最低的最高电阻在管道[12]。

TR单元输入电压60伏和期望的参考1V电压了利用键盘ofresults为测量。

理想的参考电压已经解决了在1V后两秒。

图7显示测量参考电压。

图7.参考电压测量

首先,IGBT驱动电路的输入信号和输出电压的TR单位等进行了测量Viransehir在3.2总电阻。

图8显示IGBT驱动电路输入信号。

这个信号得到单片机的PWM输出。

输入信号在6%,并且让94%的一段时间。

频率信号是20千赫和电压等级5V。

图9所示的控制调速系统之输出电压的TR单位。

输出电压是介于0和3.7V。

图9所,输出电压控制的调速系统TR单位无超调、振荡、输出电压已经解决了3.7V后大约两个秒。

图8.在Viransehir驱动电路的输入信号。

图9.控制调速系统之输出电压ViransehirTR单位。

从以上结果,它可以清楚地说,走开单位拥有控制调速TR理想的响应输出电压的TR单位。

图10。

在Cizre驱动电路的输入信号。

其次,IGBTdrive电路的输入信号和输出电压的TR单位等进行了测量Cizre之下12.6总电阻。

图10显示IGBT驱动电路输入信号,通过单片机为控制核心的PWM输出。

输入信号在50%,并且让50%的一段时间。

频率的信号是20千赫和电压等级5V。

图11显示输出电压的调节控制调速系统TR单位。

输出电压是介于0到30V。

图11。

控制调速系统的输出电压的CizreTR单位。

图11所,输出电压控制的调速系统TR单位无超调、振荡、输出电压已经解决了30V。

可以清楚地看到从实验结果调速性能很好。

TR装置操作性能输出电压控制的调速并非如此有任何振动和超调。

此外,想像也不需要任何调速系统进一步调整过程为好。

5。

讨论

在比较与经典PID控制器,提出了建议使用一套调速控制规则而不是复杂数学建模系统。

调速的是也具有更强的鲁棒性参数的变化。

增益值PID控制器的,须调整达到最佳的性能。

如果试验和误差的方法用于调整和利益输出的电压值有显著的超调量和不变的振动的条件。

更多负面的电压比严格要求生产氢诱导开裂值可以在土壤里去的条件,也可以增加阴极的可能性解散损坏的管道。

保护降低潜在比预期会有损害参考价值的副作用在管道被保护。

调速系统的性能,提出了控制单元。

TR很好,已经被成功运用两方面的工作吗没有改变或调整。

6。

结论

在这项研究中,应用该调速系统的控制TR单位已成功的方法。

参数的隶属度函数,建立了知识库根据模拟和调节和实际安装结果。

实验结果显示,明显改善维护性能在大范围的操作条件。

调速系统的鲁棒性能也展现TR单位有显著变化的动力学系统。

提出了控制的调速系统之输出电压的TR单位也无超调、振动的条件。

而且,它是有能力处理操作条件的变化作为参考电压的变化,造成不同变化实习的TR单位。

面对困难和费时的程序在应用程序中参数的遮住了隶属函数和规则库。

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答:

Bicer雷廷武,Koc特区Altiparmak,即Hasdemira峨山、硕士Akcayol,h.Isik雷廷武,Serter,Eyit>,《康复的阴极保护系统工程的报导,“BOTAS,土耳其,2002。

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