【正文】 整定，當(dāng)然你先得弄明白PID三個參數(shù)，各自的作用，尤其對于你控制的這個系統(tǒng)。與較小的，同時為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對積分作用加以限制，通常取=0。(3)操作人員易于通過人的自然語言進(jìn)行人機(jī)界面聯(lián)系，這些模糊條件語句很容易加入到過程的控制環(huán)節(jié)上。因此可以說，模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法的數(shù)學(xué)工具，用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一種智能控制?！@些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則中，“較小”、“不太大”、“接近”、“開大”、“關(guān)小”、“關(guān)得很小”這些表示水位狀態(tài)和控制閥門動作的概念都帶有模糊性，這些規(guī)則的形式正是模糊條件語句的形式，可以用模糊數(shù)學(xué)的方法來描述過程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關(guān)系，又可以根據(jù)這種模糊關(guān)系及某時刻過程變量的檢測值(需化成模糊IF)用模糊邏輯推理的方法得出此刻的控制量。這也就是模糊控制器的工作過程。在生產(chǎn)實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)的操作人員雖然不懂被控對象的數(shù)學(xué)模型，但卻能十分有效地對系統(tǒng)執(zhí)行控制。然而出于一系列原因，諸如被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)間的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)干擾、過程機(jī)理錯綜復(fù)雜、各種不確定性以及現(xiàn)場測量不完善等，難以建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。因此，微分作用也稱為超前作用，這是微分作用的一個特點(diǎn)。（3）微分部分 微分作用的強(qiáng)弱由微分時間Td決定。對于積分時間T，當(dāng)T較大時，則積分作用比較弱，這是有利于系統(tǒng)減少超調(diào)，過渡過程不易產(chǎn)生振蕩。 越大，余差越小，但是若過分大，系統(tǒng)容易振蕩，甚至發(fā)散。第二章 控制方法分析 PID 控制原理 在控制系統(tǒng)中，控制器最常用，最簡單的控制規(guī)律是PID控制，它是一種比例、積分、微分并聯(lián)控制器。其中，模糊PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)之一。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。因此還有相當(dāng)多的鍋爐特別是中小型鍋爐還在簡單的啟動停止的狀態(tài)下運(yùn)行，控制靠人工實(shí)現(xiàn)，這樣鍋爐運(yùn)行好壞完全依靠工人的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心。因此本文就是以鍋爐汽包水位控制為例來研究模糊自調(diào)整PID控制在鍋爐控制中的應(yīng)用。水位過高會影響汽包的汽水分離。如果空氣過多，就會使大量的熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低。因此，需要維持爐膛壓力在一定的范田之內(nèi)。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)。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。水位過高會影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象。所以，在鍋爐運(yùn)行中必須保持過熱汽溫的穩(wěn)定性。因此，必須對汽包水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，使水位嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。只有在充分保證鍋爐安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境和運(yùn)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(yùn)行水平，使鍋爐實(shí)現(xiàn)熱效率高的狀態(tài)。此外，鍋爐和工業(yè)爐窯采用計(jì)算機(jī)控制，還具有減少環(huán)境污染、降低氧化燒損率、提高自動化水平、改善勞動條件等優(yōu)點(diǎn)。鍋爐和工業(yè)爐窯年耗標(biāo)準(zhǔn)煤約3億噸以上，是國家的一個耗能大戶。并用常規(guī)PID和模糊PIDF方法去控制汽包液位，對比兩種控制策略下的防真圖像，仿真圖像表明后者的抗干擾能力和魯棒性更好，可以保證水位的穩(wěn)定，并且能有效解決用常規(guī)PID無法解決的“虛假液位”問題。摘 要本文首先分析了影響汽包水位的各種干擾因素，并對汽包水位的動、靜態(tài)特性進(jìn)行分析。采用輔助信號蒸汽流量和給水流量對消方法消除水位偏差，根據(jù)鍋爐汽包水位控制實(shí)際要求，采用模糊PID控制，用MATLAB中的SIMULINK仿真工具箱設(shè)計(jì)了二輸入單輸出模糊控制器對鍋爐汽包水位進(jìn)行在給定值下仿真。s antiinterference ability and robustness better, can guarantee the stability of the water level, and can effectively solution can not be resolved with conventional PID false level problem.Finally, a brief introduction by the drum water level of several measurement methods and about the impact of measurement error, and the elimination method, through onsite example of the drum water level measurement solution to the problem of not allowed to reduce measurement error due to the water level to the negative drum water level impact.Key words: Drum water level、PID control、fuzzy PID control,、water level measurement error第一章 緒論 課題背景與意義目前，我國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐幾十萬臺，各種工業(yè)爐窯十萬余臺。實(shí)踐證明，爐窯采用計(jì)算機(jī)控制可以節(jié)能5~10%。鍋爐是受火焰加熱且具有爆炸危險的特殊設(shè)備和壓力容器，其安全性尤為重要。水位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導(dǎo)致重大事故。過熱蒸汽溫度過低，降低汽輪機(jī)的效率，加劇對葉片的侵蝕。為了滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，工業(yè)鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù):1 保持汽包水位汽包水位是工業(yè)鍋爐正常運(yùn)行的主要指標(biāo)。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)。因此，控制蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。負(fù)壓太大，爐膛吸入冷風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。如果比值不當(dāng)，空氣不足，結(jié)果導(dǎo)致燃料的不完全燃燒，當(dāng)大部分燃料不能完全燃燒時，熱量損失直線上升。如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞或爆炸。鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度，保證鍋爐的安全運(yùn)行具有重要意義。因各回路之間的相互制約，控制效果也不近人意，并且設(shè)計(jì)復(fù)雜，造價高，這樣中小型用戶就難以負(fù)施。2 基于模糊控制的鍋爐控制模糊控制用在鍋爐控制中，有效地克服復(fù)雜系統(tǒng)的非線性及不確定特性，因而與傳統(tǒng)控制比較有較強(qiáng)的魯棒性。模糊控制己成為智能自動化控制研究中最為活躍而又富有成果的領(lǐng)域。建立了鍋爐水位控制特性的數(shù)學(xué)模型，分別采用PID控制手段和模糊控制方法來設(shè)計(jì)鍋爐水位控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了對比討論，最后采用模糊自調(diào)整PID控制來設(shè)計(jì)鍋爐水位控制系統(tǒng)，仿真證明了采用模糊自調(diào)整PID控制優(yōu)于PID控制和純模糊控制。由于控制器的輸出和偏差成正比例關(guān)系，所以系統(tǒng)存在殘余偏差——余差。但積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，控制的動態(tài)性能偏差，使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。這是系統(tǒng)過渡過程有可能產(chǎn)生振蕩，但消除靜差所需時間較短。由于微分作用的輸出與偏差變化的速度成正比，這種根據(jù)偏差變化的趨勢提前采取措施稱為“超前”。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡到y(tǒng)控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)能力的要求越來越高，所研究的系統(tǒng)也日益復(fù)雜多變。因?yàn)槿四X的重要特點(diǎn)之一就是有能力對模糊事物進(jìn)行識別和判決，看起來似乎不確切的模糊手段常常可以達(dá)到精確的目的。可以把人的經(jīng)驗(yàn)用模糊條件語句表示，然后用模糊集合理論對語一言變量進(jìn)行量化，再用模糊推理對系統(tǒng)的實(shí)時輸入狀態(tài)進(jìn)行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策。若水位和要求的水位相差不太大，則把水閥關(guān)小:若水位快接近要求的水位，則把閥門關(guān)得很小。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關(guān)控制人員和專家的控制經(jīng)驗(yàn)和知識組成的知識模型，是基于知識的控制，因此模糊控制屬于智能控制的范疇。(2)對于具有一定操作經(jīng)驗(yàn)、但非控制專業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。 模糊PID的控制規(guī)律這個控制規(guī)則當(dāng)然很重要，一般經(jīng)驗(yàn)：(1) 當(dāng)e較大時，為使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，應(yīng)取較大的。 (3)當(dāng)e較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性能，與均應(yīng) 取得大些，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，值的選擇根據(jù)||值較大時，取較小值，通常為中等大小。第三章 鍋爐汽包水位控制特性在熱力生產(chǎn)過程中，汽包鍋爐水位是正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，是非常重要的被調(diào)量，在鍋爐運(yùn)行中占據(jù)首要地位。其中鍋爐汽包水位自動調(diào)節(jié)中的被調(diào)量和干擾因素包括：被調(diào)量：汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負(fù)荷、過?？諝庀禂?shù)；干擾因素：蒸汽負(fù)荷、鍋爐給水量、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)；一、給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)主要包括兩個方面：是使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內(nèi)波動；是保持給水量的穩(wěn)定。汽包水位的高低直接影響鍋爐的安全運(yùn)行和蒸汽的品質(zhì)。鍋爐汽包水位的自動調(diào)節(jié)是根據(jù)汽包水位的動態(tài)特性來設(shè)計(jì)的。引起水位變化的擾動因素很多，但主要擾動是給水流量和蒸汽流量的階躍變化。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在汽包鍋爐自動控制中的應(yīng)用越來越多。汽包及蒸汽管系中儲藏著蒸汽和水，儲藏量的多少，是以被控制量水位表征的，汽包的流入量，流出量是蒸汽量，當(dāng)給水量等于蒸汽量時，汽包水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。給水流量增加，一方面使進(jìn)入鍋爐汽包的給水量增加；另一方面使溫度較低的給水進(jìn)入省煤器、汽包及水循環(huán)系統(tǒng)，吸收了原有飽和水中的一部分熱量，致使水面下汽泡體積減小。給水流量增加時，汽泡體積收縮，水位逐漸下降，直到汽泡體積不再變化，所以曲線3可以看作為是慣性環(huán)節(jié)的特性。+H W(a)HW(b)（a) 積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)并聯(lián) (b) 積分環(huán)節(jié)和慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)圖33給水流量擾動時水位調(diào)節(jié)對象方框圖因此,給水流量擾動下的汽包水位的動態(tài)特性可用傳遞函數(shù)表示為：公式中 τ— 遲延時間(s)ε— 給水流量改變一個單位流量時,水位變化的響應(yīng)速度τ和ε可由水位響應(yīng)曲線上求得。 給水流量的調(diào)節(jié)方式在蒸汽流量D擾動下水位變化的階躍響應(yīng)曲線如圖34所示。所以不管燃燒強(qiáng)度是否增加，都會使水面下汽泡容積增大導(dǎo)致水位上升。（2）反之，鍋爐負(fù)荷下降時，水位反而先下降。 汽包水位的動態(tài)特性 D + H 圖35汽包水位的動態(tài)特性 蒸汽流量擾動下，汽包水位的動態(tài)特性可用圖35方框圖來表示，其傳遞函數(shù)為: 式中T2—H2變化的時間常數(shù)；K2—H2變化的傳遞函數(shù)；ε—H2的響應(yīng)速度?？梢?，虛假水位的幅值是相當(dāng)大的。造成“虛假液位”的原因有兩個，:h2H h2’ h2’’外擾動作用 “虛假液位”圖(1) 鍋爐蒸汽負(fù)荷增加使?fàn)t管和汽包中汽水混合物的汽、 水 比例發(fā)生變化(汽容積增加)而引起汽包水位上升，’曲線所示?？傊?，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；當(dāng)蒸汽負(fù)荷量突然減小時，則汽包水位變化的情況相反，先降后升。因此給水控制若采用以水位為被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，則在擾動的初始階段，調(diào)節(jié)器將使給水流量向與負(fù)荷變化方向相反的方向變化，從而擴(kuò)大了鍋爐進(jìn)、出流量的不平衡。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。 單沖量汽包水位控制系統(tǒng)存在兩個主要問題:(1)當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化很大時，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過程一開始水位“虛假”上升而減少給水量，這個錯誤舉動反而擴(kuò)大了汽包進(jìn)出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。當(dāng)蒸汽負(fù)荷變化時，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向動作，同時有助于改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高控制質(zhì)量。針對這個問題，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)了給水量信號控制。為了克服虛假水位對控制的不良影響，可以引入蒸汽流量作為前饋信號，所以雙沖量控制比單沖量控制更好些。本文就是采用這種三沖量的控制方式，將蒸汽流量作為前饋信號，把給水流量作為控制信號，組成汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)，同時考慮到傳統(tǒng)P工D控制對汽包運(yùn)行中出現(xiàn)的“虛假水位”現(xiàn)象無能為力，所以將模糊自整定PID控制器應(yīng)用到該三沖量控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐汽包水位的定值控制。并通過對鍋爐汽包