【正文】 汽流量干擾 下 P=， I=0， D=0時(shí)仿真結(jié)果 圖 49在 20%蒸汽流量干擾 下 P=， I=， D=0時(shí)仿真結(jié)果 19 再給定 P=， I=0， D=0。仿真結(jié)果如圖 49。此時(shí)系統(tǒng)輸出 在給定值附近衰減振蕩 ，但衰減速度太慢，應(yīng)再引入微分作用。 圖 411 在 20%蒸汽流量干擾 下 P=， I=， D= 再經(jīng)過 I 和 D 微調(diào)湊試，得到最佳曲線參數(shù)為： P=， I=， D=。 20 圖 412 20%蒸汽流量干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 仿真研究 取 Step1=0， Step2=， 看一下 給水流量突然增加 20%時(shí)， 控制效果如何。 如圖 414， 可以看出 在控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)下，約經(jīng)過 700 秒，液位穩(wěn)定到設(shè)定值，其最大超調(diào)約為 40%。此時(shí)，這個(gè)單沖量控制系統(tǒng)已不適用于這個(gè)鍋爐汽包液位系統(tǒng)的控制。 引入蒸汽流量的前饋信號(hào)，加法器系數(shù) 取 C1=1， 在只有負(fù)荷干擾的條件下， 經(jīng)過湊試 C2取 ， C0取 。 圖 418 20%給水流量干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 當(dāng)給水 流量突然增加 20%時(shí) ，如圖 418，約經(jīng)過 800 秒，液位穩(wěn)定到設(shè)定值，其最大超調(diào)約為 65%，與圖 413 相比 ，它的調(diào)整時(shí)間和超調(diào)都沒有變化。 圖 420 20%蒸汽流量和 給水流量 反向共同 干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 當(dāng) 蒸汽流量突然增加 20%， 同時(shí) 給水流量突然 減小 20%， 如圖 420，約經(jīng)過 800秒，液位穩(wěn)定到 給 定值，其最大超調(diào)約為 85%。 25 圖 422 20%蒸汽流量 干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 當(dāng)蒸汽流量突然增加 20%，仿真結(jié)果如圖 422，與圖 412 基本相同。 副 PID 控制器參數(shù) 取 為： P=1000， I=1000， D=0。 當(dāng)給水 流量突然增加 20%， 仿真結(jié)果 如圖 424， 在 副回路 調(diào)節(jié)下 ， 經(jīng)過約 4 秒，給水流量輸出 就 完全跟蹤了副回路輸入 ， 而且 給水流量干擾對(duì)副回路輸出幅值影響也非常小，約為 。 由于副回路的快速作用，發(fā)生在副回路的干擾在影響主變量之前就被副控制器校正了 ， 改善了對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率 。而與雙沖量控制系統(tǒng)相比，沒有改善對(duì)蒸汽流量干擾的克服能力。當(dāng) 蒸汽流量突然增加 20%，同時(shí)給水 流量突然 減小 20%， 副回路和主回路輸出仿真結(jié)果分別 如 圖 430和圖 431 所示 。 圖 432三沖量控制系統(tǒng)第二種接法的仿真程序 仿真結(jié)果 如 圖 433， 當(dāng)給水 流量突然增加 20%，液位輸出基本 保持不 變 。與第一種 三 沖量控制系統(tǒng)的 仿真結(jié)果相比可知，兩種控制方案的控制效果相當(dāng)。 也許這是由于我的 PID 參數(shù)不是最佳的，但是通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若 還取 C1小于或等于 1 很難 得到最佳曲線。 從控制效果來看，三種三沖量控制系統(tǒng)的控制效果相當(dāng)。 它只適用 于 汽包停留時(shí)間較長(zhǎng)，在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，假水位現(xiàn)象不顯著 的 小型鍋爐， 再 配上一些聯(lián)鎖報(bào)警裝置，可以保證安全操作，滿足生產(chǎn)的要求。 各控制系統(tǒng)魯棒性的 仿真 研究 影響 鍋爐汽包水位 對(duì)象 的 參數(shù)主要是 只考慮水面下汽泡容積變化所引起水位變化 H2的放大倍數(shù) K 和 時(shí)間常數(shù) T 以及給水流量作用下 階躍響應(yīng)純滯后時(shí)間 ? 。 對(duì)于 單沖量控制系統(tǒng) ， 在 20%蒸汽流量干擾下， 當(dāng) K=85 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 438所示 ， 這時(shí) K 達(dá)到臨界 最大值 ， K 若大于 85， 由于假液位現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)輸出超調(diào)過大，液位就會(huì)超出允許波動(dòng)范圍， 使汽包水位降到危險(xiǎn)程度以致 會(huì) 發(fā)生事故 。對(duì)于三沖量控制系統(tǒng)，當(dāng) K=175 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 440 所示， K 臨界最大值是 175。 在 T 小于 100 大于 1 的范圍內(nèi)較明顯。液位輸出沒有超出液位允許波動(dòng)范圍。液位輸出都沒有超出液位允許波動(dòng)范圍，對(duì)于 T的魯棒性都很強(qiáng)。 對(duì)于 雙 沖量控制系統(tǒng)， 仿真結(jié)果 如圖 446 和圖 447 所示。 如圖 448 所示。 再看單沖量控制系統(tǒng)，在 20%給水流量干擾下，當(dāng) ? =110 時(shí)，重新整定 PID 參 數(shù)，取最佳參數(shù) P=， I=， D=。對(duì)于 K 的變化，雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)于單沖量控制系統(tǒng)， 三雙沖量控制系統(tǒng)與雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性差不多。當(dāng)對(duì)象特性變化很大時(shí)，這些控制系統(tǒng)就再不適用了。所以可以采用 智能 PID 控制 器 代替上述常規(guī) PID 控制器 。利用模糊控制規(guī)則在線對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行修改，便構(gòu)成了自適應(yīng)模糊 PID 控制器，其結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。 表 51 pk 的模糊規(guī)則表 ec pk? e NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS ZO NS NM NM NM NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB 表 52 ik 的模糊規(guī)則表 ec ik? e NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB NM NM NS ZO ZO NM NB NB NM NS NS ZO ZO NS NB NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB PM ZO ZO PS PS PM PB PB PB ZO ZO PS PM PM PB PB 41 表 52 dk 的模糊規(guī)則表 ec dk? e NB NM NS ZO PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS ZO NS ZO NS NM NM NS NS ZO ZO ZO NS NS NS NS NS ZO PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB ,p i dk k k 的模糊控制規(guī)則表建立好后，可根據(jù)如下方法進(jìn)行 ,p i dk k k 的自適應(yīng)校正。 { , }p p i i pk k e ec?? （ 53） 39。 根據(jù)程序框 圖 在 MATLAB 環(huán)境下的 Mfile 中 編寫 在線自校正 程序見附錄。 由圖可以看出，調(diào)整時(shí)間約為 12 秒，超調(diào)約為 %。前邊已經(jīng)討論過，各種控制系統(tǒng)對(duì) ? 的魯棒性都很小。 44 結(jié) 論 本文 從 仿真 的角度出發(fā)，系統(tǒng)地 對(duì)鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)進(jìn)行了 研究 。 ? 越大，滯后時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。 它只適用于 汽包停留時(shí)間較長(zhǎng)，假水位現(xiàn)象不顯著的 小型鍋爐。 （ 4） 三種控制系統(tǒng)都具有一定的魯棒性。 （ 5） 當(dāng)對(duì)象特性變化很大時(shí)， 可以采用 智能 PID 控制器代替上述常規(guī) PID 控制器 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，使系統(tǒng)具有 自適應(yīng)能力。fuzzpid39。,39。input39。zmf39。,1,39。,[3,2,0])。NS39。 a=addmf(a,39。,39。input39。trimf39。,1,39。,[0,2,3])。PB39。 a=addvar(a,39。,[3,3])。NB39。 a=addmf(a,39。,39。input39。trimf39。,2,39。,[2,0,2])。PS39。 a=addmf(a,39。,39。input39。smf39。,39。output39。zmf39。,1,39。,[,0])。NS39。 a=addmf(a,39。,39。output39。trimf39。,1,39。,[0,])。PB39。 a=addvar(a,39。,[,])。NB39。 46 a=addmf(a,39。,39。output39。trimf39。,2,39。,[,0,])。PS39。 a=addmf(a,39。,39。output39。smf39。,39。output39。zmf39。,3,39。,[3,2,0])。NS39。 a=addmf(a,39。,39。output39。trimf39。,3,39。,[0,2,3])。PB39。 rulelist=[1 1 7 1 5 1 1。 1 5 5 3 1 1 1。 2 2 7 1 3 1 1。 1 7 4 4 5 1 1。 1 3 6 2 1 1 1。smf39。output39。,39。 a=addmf(a,39。PS39。,[2,0,2])。,3,39。trimf39。output39。,39。 a=addmf(a,39。NB39。,[3,3])。 a=addvar(a,39。PB39。,[0,])。,2,39。trimf39。output39。,39。 a=addmf(a,39。NS39。,[,0])。,2,39。zmf39。output39。,39。smf39。output39。,39。 a=addmf(a,39。PS39。,[,0,])。,1,39。trimf39。output39。,39。 a=addmf(a,39。NB39。,[,])。 a=addvar(a,39。PB39。,[0,2,3])。,2,39。trimf39。input39。,39。 a=addmf(a,39。NS39。,[3,2,0])。,2,39。zmf39。input39。,39。smf39。input39。,39。 a=addmf(a,39。PS39。,[2,0,2])。,1,39。trimf39。input39。,39。 a=addmf(a,39。NB39。,[3,3])。 a=addvar(a,39。 close all。對(duì)于 T 的變化，三種控制系統(tǒng)魯棒性都很強(qiáng)。但是 仍不能克服 給水流量的干擾?？梢哉ǔ?最佳 PID 參數(shù) 。K 越大，假液位現(xiàn)象越嚴(yán)重且持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。 圖 54 ? =200，干擾為 在線自校正 仿真結(jié)果 遺憾的是，由于時(shí)間有限，不能對(duì) 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 進(jìn)行深入探討，只是進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。下面改變 ? 值，取 ? =200， 干擾仍為 ，仿真結(jié)果如圖 54。 PID 控制器參數(shù) 取 為： P=2， I=， D=0。 { , }d d i i dk k e ec?? （ 55） 用 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制的初步 設(shè)計(jì) 在線運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)通過對(duì)模糊邏輯規(guī)則的結(jié)果處理，查表和運(yùn)算，完成對(duì) PID 參數(shù)的在線自校正。 , { 5 , 4 , 3 , 2 , 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 }e e c ? ? ? ? ? ? （ 51） 其模糊子集為 , { , , , , , , }e e c N B N M N S O P S P M P B? （ 52） 子集中元素分別代表負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，領(lǐng)，正小，正中，正大。 模糊自整定 PID 是在 PID 算法的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算當(dāng)前系統(tǒng)誤差 e 和誤差變化率ec ，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，查詢模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 原理 由于 操作者經(jīng)驗(yàn)不易精確描述， 控制過程中各種信號(hào)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)不易定量表示，人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則及有關(guān)信息作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)的知識(shí)庫(kù)中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況，運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，這就是模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 。 39 第 5章 用 模糊自適應(yīng)整定 PID控制 器實(shí)現(xiàn) 自適應(yīng) 控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場(chǎng)的鍋爐設(shè) 備，隨著負(fù)荷變化或干擾因素影響 ，其對(duì)象特性 參數(shù)或結(jié)構(gòu) 會(huì)發(fā)生變化，因此，要保證鍋爐設(shè)備始終安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求其控制系統(tǒng)要有自適應(yīng)能力才行。然而對(duì)于 ? 的 變化，三種控制系統(tǒng)對(duì) ? 的魯棒性都較小。 在新的最佳 PID 參數(shù)下，再次得到最佳曲線 。當(dāng) ? =85 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 450 所示，這時(shí)也不能令人滿意。所以雙沖量控制系統(tǒng)對(duì) ? 的適用范圍也應(yīng)在 90～ 110 之間。 當(dāng) ? =90 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 445 所示，這時(shí)曲線第三個(gè)半波基本消失，控制效果不能令人滿意。所以對(duì) 于 T 的魯棒性很強(qiáng)。 當(dāng) T 小于 1 時(shí)， 假液位 對(duì)輸出幅值和 液位上升 速度的影響沒有太大區(qū)別。三雙沖量控制系統(tǒng)與雙沖量控制系