【正文】 　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。因而，對鍋爐設(shè)備中的自動控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究是必要的。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當(dāng)引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。關(guān)鍵詞：汽包液位；PID控制；模糊控制；FUZZYPID控制；仿真The simulation study of boiler drum level Control based on MATLAB AbstractThe boiler is absolutely necessary significant power plant of industry productions process such as the chemical industry，heat edible oil，generation of electrical energy，papermaking and refines sugar and so on .As a result，it is indispensable systematically to analyze research to the automatic control in the boiler installation.The boiler is the Power Plant that the whole factory, Segment that the boiler water level control system is the most significant in the boiler. To boiler production operation, if unreasonable will often cause the accident. The majority of these accidents are boiler water monitor causing improper, obviously the importance of boiler drum water level control in the Boiler device control system. The traditional control mode of the drum water level mostly uses PID．The fuzzy control does not need precise mathematical model of the controlled object，it only needs the experience of operator and the data of operating，it has good robustness and is fit to control the system with nonlinearity and time lag，but its static characteristic is dissatisfied，which limits its application．It is usual mode of threevariable drum water level in order to eliminate the static error that using FUZZYPID control，and the simulation with the action of setting value and noise．The result of simulation indicates that the effect of control improves paring with simple fuzzy control and traditional PID control，which can satisfy the control requirement of the drum water level．Keywords: drum level。 simulation內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘要 IAbstract II目 錄 III第一章 引 言 1 課題背景與意義 1 鍋爐控制的研究現(xiàn)狀 2 控制方法的分類 3 本文的主要研究內(nèi)容 4第二章 鍋爐汽包液位系統(tǒng)特性與控制方法分析 6 汽包水位的動態(tài)特性 7 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性 8 汽包水位在蒸汽流量作用下的動態(tài)特性 9 鍋爐汽包水位控制 10 單沖量控制系統(tǒng) 10 雙沖量控制系統(tǒng) 11 三沖量控制系統(tǒng) 12第三章 控制理論分析 14 PID控制理論 14 PID控制器簡述 14 PID控制器的結(jié)構(gòu) 15 PID控制的優(yōu)缺點 17 模糊控制理論 17 模糊控制的基本思想 18 模糊控制系統(tǒng)的組成 19 模糊控制器的工作原理 20 模糊論域、量化因子和比例因子的選擇 22 模糊控制器的優(yōu)缺點 23 模糊PID控制 24 模糊PID控制器的基本結(jié)構(gòu) 25 模糊PID控制器的設(shè)計步驟 26第四章 鍋爐汽包液位PID控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究 27 27 關(guān)于MATLAB 27 關(guān)于SIMUL1NK 27 仿真實現(xiàn) 28 28 汽包液位的PID控制系統(tǒng)的建立 28 PID參數(shù)的整定 30第五章 模糊PID控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究 34 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真研究 34 模糊控制器的設(shè)計 34 模糊控制器仿真 37 鍋爐汽包液位模糊PID控制 41 模糊PID控制器設(shè)計 41 仿真實現(xiàn) 42 幾種控制效果比較分析 43第六章 結(jié)束語 44參考文獻(xiàn) 45致謝 47第一章 引 言 課題背景與意義鍋爐是我國工業(yè)生產(chǎn)和生活上應(yīng)用面最廣、數(shù)量最多的熱力設(shè)備，是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程必不可少的重要動力設(shè)備。只有在充分保證鍋爐安全生產(chǎn)、保護環(huán)境和運行可靠的前提下，通過科學(xué)管理、技術(shù)改造、提高操作及運行水平，使鍋爐實現(xiàn)熱效率高的狀態(tài)。正常運行時的鍋爐燃燒系統(tǒng)必須使出口的過熱蒸汽溫度維持在一定范圍內(nèi)，該參數(shù)的控制質(zhì)量直接影響著機組運行的安全性和經(jīng)濟性。所以，要把壓力、水位、溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。2．維持蒸汽壓力蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。3．維持爐膛負(fù)壓爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不相適應(yīng)。因此，需要維持爐膛壓力在一定的范田之內(nèi)。因此，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤?，使鍋爐燃燒過程工作在最佳工況下，保持爐膛煙氣出口處的過?？諝庀禂?shù)為最佳值，使鍋爐熱效率最高，避免環(huán)境污染，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。由此可見。水位對象的特征隨著鍋爐運行工況的改變而改變，沒有確定的數(shù)學(xué)模型。模糊控制的優(yōu)點就是不需要建立對象的精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，然后由該表決定控制量的大小。所以有必要對模糊控制進(jìn)行更深入地研究，以便提高對汽包水位系統(tǒng)控制的性能。本文就是對模糊PID控制在鍋爐控制中的應(yīng)用進(jìn)行研究[4]。②在給水?dāng)_動時，調(diào)節(jié)器要等到水位改變了以后才動作，又經(jīng)過一段時間延遲后才能影響到水位，導(dǎo)致汽包水位發(fā)生較大變化，調(diào)節(jié)時間長。雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是：調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動。對于幾臺鍋爐并列運行時，幾臺鍋爐的汽包水位控制會相互影響，使得控制過程非常復(fù)雜。本文建立了鍋爐汽包水位控制特性的數(shù)學(xué)模型，分別采用傳統(tǒng)PID控制手段和模糊PID控制方法來設(shè)計鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了對比討論。這是汽包水位控制最主要克服的問題之一。第二章 鍋爐汽包液位系統(tǒng)特性與控制方法分析鍋爐是一種既受壓又直接受火的特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當(dāng)引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險的，這是因為水位過低，就會影響自然循環(huán)的正常進(jìn)行，嚴(yán)重時會使個別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流動停滯，致使金屬管壁局部過熱而爆管。汽包水位是鍋爐運行的主要指標(biāo)。汽包水位間接地表示了鍋爐負(fù)荷和給水的平衡關(guān)系，隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴大，對給水控制提出了更高的要求，其主要原因有：(l)汽包的個數(shù)和體積減少，使汽包的蓄水量和蒸發(fā)面積減少，從而加快了汽包水位的變化速度。鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行具有重要意義。: 工業(yè)鍋爐的汽包及蒸發(fā)管中貯藏著蒸汽和水，貯藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負(fù)荷不變，那么在給水流量發(fā)生變化時，汽包水位對象的微分方程式可以表示為：經(jīng)拉式變換后得 (22)從而可得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)： (23)根據(jù)以上公式，在給水流量階躍輸入作用下，當(dāng)突然加大給水流量(蒸汽量不變)，給水量大于蒸發(fā)量，但汽包水位開始并不立即增加，而呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這是因為溫度較低的更多地給水進(jìn)入了水循環(huán)系統(tǒng)，它從原有的飽和汽水中吸取了一部分熱量，汽包和熱水管路中由于熱量的“損失”，汽包體積減少。當(dāng)水面下汽泡容積不再變化，完全穩(wěn)定下來時，水位變化就隨著貯水量的增加而直線上升。用傳遞函數(shù)來描述時，它相當(dāng)于一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為： (24)由切線法求得：[1] (25) 汽包水位在蒸汽流量作用下的動態(tài)特性蒸汽負(fù)荷(蒸汽流量)對水位的影響，其干擾通道的動態(tài)特性。這是由于蒸氣用量突然增加時，瞬間導(dǎo)致汽包壓力下降，汽包內(nèi)水沸騰加劇，氣泡迅速增加，氣泡容積增大造成的。但因蒸汽流量與給水流量產(chǎn)生不平衡的初始階段，水位下降存在時間上的延遲，所以實際上，當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸汽流量，水位不但不下降，反而迅速上升，這是由于汽水混合物中蒸汽的容積迅速增加造成的。總之，由于存在“虛假液位”現(xiàn)象，當(dāng)負(fù)荷蒸汽流量增加時，汽包水位開始不但不降反而上升，即先上升后下降。其中，單沖量控制系統(tǒng)以汽包水位測量為唯一的控制信號；雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位信號為主要控制信號的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號；三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進(jìn)給水量控制信號作為內(nèi)環(huán)控制。 雙沖量控制系統(tǒng)在單沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號。K為蒸汽流量的分流系數(shù)[2]。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達(dá)到調(diào)節(jié)要求的。在雙沖量控制系統(tǒng)中，對于給水量的自發(fā)變化不能及時調(diào)節(jié)，只有在延遲一段時間后，給水量的擾動才能通過汽包水位的變化反映出來。因此，對中小型鍋爐，由于汽包相對負(fù)荷而言，容量較大，水位受到擾動后的轟應(yīng)速度比較慢，虛假水位現(xiàn)象不很嚴(yán)重。為此再引入給水流量信號，即采用三沖量水位控制回路。當(dāng)負(fù)荷變化時，液位可以保持無差。概括的說，PID控制器應(yīng)用如此廣泛主要有以下幾個原因：（1）只要設(shè)計和參數(shù)整定合適，PID控制器在許多應(yīng)用場合都能獲得較滿意的效果。（4）借助于電子管、半導(dǎo)體和集成電路技術(shù)，PID控制器發(fā)生了許多變化，從過去的氣動式向今天的微處理器方向發(fā)展。PID控制器在功能和作用上，可以提供一種反饋控制，通過積分作用可以消除靜態(tài)偏差，通過微分作用可以預(yù)測未來。PID控制器的數(shù)學(xué)模型可以用下式表示： (31)式中，u（t）——控制器的輸出； e（t）——控制器輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號； KP——控制器的比例系數(shù)； TI—— 控制器的積分時間； TD——控制器的微分時間。(2) 積分部分積分部分?jǐn)?shù)學(xué)式表示如下： (33) 從積分部分的數(shù)學(xué)表達(dá)式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就會不斷地積累，輸出控制量以消除偏差。(3) 微分部分微分部分?jǐn)?shù)學(xué)表達(dá)式表示如下： (34)微分作用的引入是為了改善高階對象的控制品質(zhì)，因為微分作用是按照偏差的變化趨勢來控制，具有及時性。TD越小，它反抗e(t)變化的作用越弱。令: ， ，則有：