【正文】 出量yu的最大變化范圍是[0，100%100]。因此，當(dāng)EC為負(fù)時(shí)液位有上漲趨勢，如果此時(shí)液位為高，則應(yīng)關(guān)閉水閥以減小入水量，使液位降下來；反之，開大水閥。調(diào)節(jié)控制汽包液位需要的過程參數(shù)有三個(gè)：汽包實(shí)際液位與液位設(shè)定值的偏差、給水量的變化值和蒸汽量的變化值。6．模糊輸出的反模糊方法通過模糊推理得到的結(jié)果是一個(gè)模糊集合。當(dāng)有多個(gè)最大隸屬度元素時(shí)，就取它們的平均值作為輸出。(2) 中位數(shù)判決法計(jì)算隸屬函數(shù)曲線同橫坐標(biāo)軸圍成區(qū)域的面積，取1/2面積處橫軸坐標(biāo)為決策值的方法叫做中位數(shù)法。(3) 加權(quán)平均法加權(quán)平均法是將各等級隸屬度與該等級值相乘，并求乘積和，然后除以隸屬度和，所得值即為控制決策值。當(dāng)然，這些工具實(shí)質(zhì)都是由開發(fā)者為MATLAB用戶編寫的M文件或S函數(shù)組成的。模糊控制系統(tǒng)的仿真界面如下圖所示： 模糊控制系統(tǒng)仿真界面然后設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的模糊控制器，在MATLAB環(huán)境下，輸入fuuy語句，回車就進(jìn)入如下圖所示的模糊控制器編輯畫面，在編輯菜單Edit下選擇輸入變量的模糊函數(shù)和輸入輸出個(gè)數(shù)，將鍋爐汽包液位的偏差e和偏差的變化ec作為模糊控制器的輸入量，閥門開度u作為模糊控制器的輸出變量，然后在相應(yīng)的name方框里命名。由仿真曲線可以看出，最大超調(diào)量為38%，過渡過程較為平穩(wěn)。 圖 多模態(tài)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用此系統(tǒng)時(shí)，切換條件|e0|對控制性能的影響很大。從多模態(tài)控制系統(tǒng)的仿真曲線可以看出，多模態(tài)控制方案下，系統(tǒng)的最大超調(diào)量為17%，過渡時(shí)間為30個(gè)單位時(shí)間，基本消除了系統(tǒng)的余差，過渡過程更為平穩(wěn)。(4)采用多模態(tài)模糊PID控制方式，系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性都較好。首先通過研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐汽包液位控制特性與鍋爐的給水流量和蒸汽流量有關(guān)。為此，我們首先采用傳統(tǒng)PID控制算法對鍋爐液位進(jìn)行控制。即在單沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入了蒸汽流量信號。從仿真圖中可以看到PID調(diào)節(jié)效果不理想，沒有消除“虛假液位”的影響，魯棒性不強(qiáng)。從仿真結(jié)果我們看到，模糊控制有較好的魯棒性。仿真證明了采用多模態(tài)模糊PID控制要優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制和純模糊控制方法。在此，我向在這個(gè)過程中給予我?guī)椭椭笇?dǎo)的老師同學(xué)說一聲謝謝!。期間，李老師還帶我們?nèi)グ摷瘓F(tuán)的CCPP（蒸汽、燃?xì)饴?lián)合發(fā)電項(xiàng)目）進(jìn)行了實(shí)習(xí)，使我認(rèn)識到了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。但模糊控制的控制作用較粗糙，使得穩(wěn)態(tài)控制精度較低。模糊控制器的輸入變量是實(shí)際液位和給定液位的偏差e和偏差的變化率ec (二維結(jié)構(gòu))，輸出變量是控制量u。是在雙沖量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再引入給水流量信號而構(gòu)成。即汽包液位的單回路控制系統(tǒng)。當(dāng)蒸汽流量與給水流量不平衡時(shí)，會產(chǎn)生“虛假液位”現(xiàn)象。第六章 結(jié)束語本論文主要探討了鍋爐汽包液位的控制方案，就鍋爐汽包液位控制特性作為研究切入點(diǎn)，探討如何解決鍋爐汽包液位控制特性所提出的問題。(2)當(dāng)控制對象參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)較快平穩(wěn),取得較好的控制效果，說明多模態(tài)模糊PID控制的魯棒性好。 仿真研究多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)仿真步驟和純模糊控制系統(tǒng)的一樣。 多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 汽包液位的多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)中，考慮到PID控制器是在小誤差范圍內(nèi)工作，為提高響應(yīng)速度，適當(dāng)增加積分部分的系數(shù)。2．輸入隸屬度函數(shù) 雙擊各個(gè)變量的圖標(biāo)處，然后依次在編輯菜單中編輯模糊變量的隸屬函數(shù)類型和參數(shù)，操作界面如下圖所示：圖 模糊變量的隸屬函數(shù)設(shè)計(jì)界面3．輸入模糊控制規(guī)則　　在Edit菜單下選擇Rule選項(xiàng)，根據(jù)事先制定的模糊控制規(guī)則表進(jìn)行模糊規(guī)則的設(shè)計(jì)，如下圖所示：圖 模糊控制規(guī)則設(shè)計(jì)界面4．模糊推理輸出特性曲面模糊推理如下圖所示：圖　　模糊推理界面根據(jù)模糊推理得到的輸出特性曲面如下圖所示：圖 　輸出特性曲面5．在模糊控制器設(shè)計(jì)完畢并生成mohuqi．fis文件之后，在MATLAB環(huán)境下輸入命令：jia=readfis(‘mohuqi．fis’)，在仿真界面里的模糊控制系統(tǒng)中，雙擊模糊模塊控制器，并命名為上述的jia，然后點(diǎn)擊仿真按鈕，觀察示波器，就會出現(xiàn)下圖所示的仿真波形。1．進(jìn)入仿真界面進(jìn)行仿真時(shí)，首先雙擊MATLAB軟件的快捷圖標(biāo)，然后打開SIMULINK模塊，按ctrl+N聯(lián)合鍵就可以建立一個(gè)仿真界面。 模糊控制輸出查詢表u e6420+2+4+6ecNBNMNSZEPSPMPB6NB4NM2NS0ZE+2PS+4PM+6PB 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 模糊控制器設(shè)計(jì)好之后。但是，它往往會導(dǎo)致隸屬函數(shù)不同而中位數(shù)相同的現(xiàn)象，無法突出主要信息，這顯然不合理。但若輸出改為：則取(2+4)/2=3為反模糊化的結(jié)果。在推理得到的模糊集合中取一個(gè)能最佳代表這個(gè)模糊推理結(jié)果可能性的精確值的過程就稱為反模糊化過程。估計(jì)入水量與蒸汽流量間的平衡關(guān)系，然后操作入水閥以決定入水量是否需要增加或減少。5．模糊推理系統(tǒng)的選擇最常見的模糊推理系統(tǒng)是具有模糊產(chǎn)生器和消除器的模糊邏輯系統(tǒng)(Mamdani)型。輸入模糊變量通過模糊規(guī)則與輸出模糊變量建立關(guān)系。設(shè)輸入偏差用模糊語言變量的模糊集E表示，即：E={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}其中NB表示實(shí)際液位比給定液位很高，NM表示實(shí)際液位比給定液位高，NS表示實(shí)際液位比給定液位有點(diǎn)高，ZE表示實(shí)際液位于給定液位相等，PS表示實(shí)際液位比給定液位有點(diǎn)低，PM表示實(shí)際液位比給定液位低，PB表示實(shí)際液位比給定液位很低。當(dāng)t時(shí)刻的液位偏差高于t1時(shí)刻的液位偏差，說明水量變化在增大，即實(shí)際液位有上漲趨勢，偏差變化為“負(fù)” ；相反，當(dāng)t時(shí)刻的液位偏差低于t一l時(shí)刻的液位偏差，偏差變化為“正” 。模糊控制不需要事先知道對象的數(shù)學(xué)模型，具有系統(tǒng)響應(yīng)快、超調(diào)小、過渡過程時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。從仿真曲線可以看出，PID控制方案下，系統(tǒng)的超調(diào)量較大，過渡時(shí)間較長，過渡過程不太平穩(wěn)，控制效果不是很好。用戶只需用鼠標(biāo)器選擇所需模塊在模型窗口上“畫出”模型(雙擊任何模塊，即可代開該功能塊來完成參數(shù)的設(shè)定)，然后用鼠標(biāo)器將它們連接起來，就可以構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)的框圖描述，亦即得出系統(tǒng)的SIMULINK描述。 仿真研究，因?yàn)镸ATLAB提供了基本模糊邏輯工具箱，使得建立和設(shè)計(jì)模糊控制器變得方便，模糊邏輯工具箱提供了模糊邏輯控制器及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各種途徑。 關(guān)于SIMULINKSIMULINK是MATLAB環(huán)境下的數(shù)字仿真工具，是一個(gè)用來對動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的集成環(huán)境。 仿真研究 關(guān)于MATLAB在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，為了克服一般語言對大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，尤其當(dāng)涉及矩陣運(yùn)算時(shí)編制程序復(fù)雜、調(diào)試麻煩等困難，美國Math Works公司于1967年構(gòu)思并開發(fā)了矩陣實(shí)驗(yàn)室軟件包。出現(xiàn)臨界振蕩過程的比例度δk稱為臨界比例度，臨界振蕩的周期則稱為臨界周期。對定值系統(tǒng)，取n=4：1。整定時(shí)首先置積分時(shí)間TI為一較大值，并將第一步整定得到的比例系數(shù)略為縮小，然后減小積分時(shí)間，在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，使靜差得到消除。在湊試時(shí)，可以參考PID參數(shù)對控制過程的影響效果，對參數(shù)實(shí)行下述先比例、后積分、再微分的整定步驟。第四章 鍋爐汽包液位PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究 汽包液位的PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 汽包液位的PID控制系統(tǒng)的建立通過對實(shí)際系統(tǒng)的分析，采用三沖量控制系統(tǒng)有利于消除系統(tǒng)的時(shí)滯現(xiàn)象和虛假液位。從圖中可以看出，此系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：一是由給水流量W、給水分流器αw組成的內(nèi)回路。 汽包液位雙沖量控制原理圖及方框圖 三沖量控制系統(tǒng)由于雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對液位的影響，因?yàn)楫?dāng)給水壓力波動(dòng)時(shí)，給水流量相應(yīng)變化，此時(shí)只有待液位發(fā)生變化后調(diào)節(jié)器才能起作用。(2)引入了蒸汽流量前饋信號，能夠改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。圖中，G2為蒸汽流量擾動(dòng)下汽包液位的傳遞函數(shù)。綜上，單沖量汽包液位調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)是：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，在汽包容量比較大、液位在受到擾動(dòng)后的反應(yīng)速度比較慢、“虛假液位”現(xiàn)象不很嚴(yán)重的場合，采用單沖量液位調(diào)節(jié)是能夠滿足生產(chǎn)要求的。它引入汽包液位作為反饋量，是典型的單回路定值控制系統(tǒng)。在工業(yè)汽包液位的自動(dòng)控制中，針對不同的控制信號可以有單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)。 蒸汽流量作用下液位特性曲線蒸汽流量作用下液位變化的動(dòng)態(tài)特性可表示為： (310)式中，Kf——響應(yīng)速度，即蒸汽流量變化單位流量時(shí)，液位的變化速度，單位為毫米/秒或(噸/小時(shí))。但實(shí)際并非如此，由于蒸汽量增加，瞬間導(dǎo)致汽包壓力的下降。因此，液位曲線如圖中的H曲線，即當(dāng)給水量作階躍變化后，汽包液位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性。 (32)H0——穩(wěn)定狀態(tài)下的水位；ΔH——水位高度的變化。 汽包液位的動(dòng)態(tài)特性 汽包的流入量是給水流量W，流出量是蒸汽流量D，當(dāng)給水量等于蒸汽量時(shí)，汽包液位就恒定不變，當(dāng)給水流量大于蒸汽流量時(shí)，液位會上升，蒸汽中含帶的水分過多，會造成蒸汽管壁結(jié)垢，影響蒸汽輸出的品質(zhì)，當(dāng)給水流量小于蒸汽流量時(shí)，液位會下降，給水的蒸發(fā)速度加快，造成虛假液位，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致汽包干涸，甚至引發(fā)爆炸。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時(shí)適應(yīng)負(fù)荷設(shè)備的需要量，汽包液位的變化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包滿水或者燒成干鍋。多模態(tài)模糊PID控制充分利用了模糊控制的及時(shí)性和PID控制的精確性的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)時(shí)改變其控制策略，使控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)保持在最佳范圍內(nèi)。PID調(diào)節(jié)器的輸出值u到鍋爐給水流量調(diào)節(jié)器。另外，信息簡單的模糊處理將導(dǎo)致系統(tǒng)的控制精度降低和動(dòng)態(tài)品質(zhì)變差。(4) 采用模糊控制，過程的動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)PID控制，并對過程參數(shù)的變化具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。 模糊控制的主要優(yōu)點(diǎn) 在實(shí)踐應(yīng)用中，模糊控制具有許多傳統(tǒng)控制無法與之比擬的優(yōu)點(diǎn)，其中主要是: (1) 使用語言方法，可不需要掌握過程的精確數(shù)學(xué)模型。Kec較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)較小，但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。Ke過小，系統(tǒng)上升速度過小，可能造成系統(tǒng)產(chǎn)生震蕩，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。量化因子一般用K表示，誤差的量化因子Ke和誤差變化的量化因子Kec分別由下面兩個(gè)公式來確定： 　　　　　　　　　　　　　(29)在模糊控制器的實(shí)際工作過程中，一般誤差和誤差變化的基本論域選擇范圍要比模糊論域選擇范圍小，所以量化因子一般都大于1。(3) 加權(quán)平均法加權(quán)平均法是將各等級隸屬度與該等級值相乘，并求乘積和，然后除以隸屬度和，所得值即為控制決策值，即 控制決策值=[∑(等級值隸屬度)]/ ∑隸屬度 (28) 模糊論域、量化因子和比例因子的選擇 (1) 模糊論域和基本論域模糊控制器的輸入變量誤差、誤差變化的實(shí)際范圍稱為這些變量的基本論域，設(shè)誤差的基本論域?yàn)閇emax，+emax]，誤差變化的基本論域?yàn)閇ecmax，+ecmax]。(2) 中位數(shù)判決法計(jì)算隸屬函數(shù)曲線同橫坐標(biāo)軸圍成區(qū)域的面積，取1/2面積處橫軸坐標(biāo)為決策值的方法叫做中位數(shù)法。在推理得到的模糊集合中取一個(gè)能最佳代表這個(gè)模糊推理結(jié)果可能性的精確值的過程就稱為反模糊化過程。目前模糊邏輯推理方法還在發(fā)展之中，比較典型的有扎德()方法、瑪達(dá)尼(Mamdani)方法等等。用一系列模糊條件描述的模糊控制規(guī)則就構(gòu)成模糊控制規(guī)則庫。規(guī)則庫根據(jù)控制目的和控制策略給出了一套由語言變量描述的并由專家或自學(xué)習(xí)產(chǎn)生的控制規(guī)則的集合，在建立控制規(guī)則時(shí)，首先要解決諸如狀態(tài)變量的選擇、控制變量的選擇、規(guī)則類型的選擇和規(guī)則數(shù)目的確定等事項(xiàng)。 (a)三角形隸屬函數(shù)曲線 (b)對稱梯形隸屬函數(shù)曲線 (c)正態(tài)形隸屬函數(shù)曲線以正態(tài)形隸屬函數(shù)為例，它的函數(shù)表達(dá)式如式為： (27)當(dāng)模糊集設(shè)計(jì)完成，則對于任一物理輸入X，映射的過程實(shí)際上是將當(dāng)前的物理輸入根據(jù)模糊子集的分布情況確定出此時(shí)此刻輸入值對這些模糊子集的隸屬程度。將精確量轉(zhuǎn)化為模糊量的過程稱為模糊化，以便實(shí)現(xiàn)模糊控制算法。根據(jù)模糊控制器輸入變量的個(gè)數(shù)，可分為一維模糊控制器，二維模糊控制器，三維模糊控制器等。 模糊控制器的設(shè)計(jì)模糊控制器的設(shè)計(jì)主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：(1) 確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)；(2) 設(shè)計(jì)模糊控制器的控制規(guī)則；(3) 確立模糊化和非模糊化的方法；(4) 確定模糊控制器的參數(shù)。 (2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是模糊控制器向被控對象施加控制作用的裝置，如工業(yè)控制過程中應(yīng)用最普遍最典型的各種調(diào)節(jié)閥和變頻器