【正文】 提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。圖中， G2 為蒸汽流量擾動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)汽包液位的自動控制中，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 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)。 DtHtH2HH1 圖 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態(tài)特性可表示為： f2022()( ) ( 1 )H S K KG D S S T S? ? ? ?（ S ） = (310) 式中， Kf—— 響應(yīng)速度，即蒸汽流量變化單位流量時，液位的變化速度，單位為毫米 /秒或 (噸 /小時 )。但實際并非如此，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。 0Hh H?? (32) H0—— 穩(wěn)定狀態(tài)下的水位；Δ H—— 水位高度的變化。 汽包液位的動態(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，汽包液位就恒定不變，當(dāng)給水流量大于蒸汽流量時，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，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性和 PID 控制的精確性 的優(yōu)點，實時改變其控制策略，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態(tài)品質(zhì)變差。 (4) 采用模糊控制，過程的動態(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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 模糊控制的主要優(yōu)點 在實踐應(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，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，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 分別由下面兩個公式來確定： maxnKe=|e | maxmec | ec |K ? (29) 在模糊控制器的實際工作過程中，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、誤差變化的實際范圍稱為這些變量的基 本論域，設(shè)誤差的基本論域為 [emax， +emax]，誤差變化的基本論域為 [ecmax， +ecmax]。 (2) 中位數(shù)判決法 計算隸屬函數(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能最佳代表這個模糊推理結(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，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。 0 0 0U （ x ）XU （ x ）U （ x ）X X1 1 1x 0 a b x 0 (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 圖 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： 0 2u ( x ) = e x pxx?????????（ ） (27) 當(dāng)模糊集設(shè)計完成，則對于任一物理輸入 X，映射的過程實際上是將當(dāng)前的物理輸入根據(jù)模糊子集的分布情況確定出此時此刻輸入值對這些模糊子集的 隸屬程度。模糊化過程主要完成：測量輸入量的值，并將數(shù)字表示形式的輸入量轉(zhuǎn)化為通常用語言值表示的某一限定碼的序數(shù)。 模 糊 控制 器U E模 糊 控制 器UEdEdt 模糊控制器UEdt2 (a)一維模糊控制器 (b)二維模糊控制器 (c)三維模糊控制器 圖 模糊控制器的結(jié)構(gòu) 模糊控制器的設(shè)計問題就是模糊化過程、知識庫 (含數(shù)據(jù)庫和 規(guī)則庫 )、模糊推理和反模糊化計算四部分的設(shè)計問題。由于模糊控制規(guī)則是總結(jié)操作人員控制經(jīng)驗得到的，所以，選擇的變量應(yīng)當(dāng)是操作人員能觀察到的變量。 (3) 被控對象：被控對象是一種設(shè)備或裝置或是若干個設(shè)備組成的群體，它們在一定的約束下工作以實現(xiàn)人們的某種目的。而在模糊控制理論中，則采用基于模糊控制的知識表示和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器” ，這也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他自動控制系統(tǒng)的特點所在。 因此可以說，模糊控制是以人的控制經(jīng)驗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，用計算機(jī)來實現(xiàn)的一種智能控制。如人工控制水槽液位的經(jīng)驗可以表達(dá)為： 若水槽無水或水較少時，則開大水閥； 若液位和要求的液位相差不太大，則把水閥關(guān)??； 若液位快接近要求的液位，則把閥門關(guān)得很??； ．．． 這些經(jīng)驗規(guī)則中，“較小” 、“不太大” 、“接近” 、“開大” 、“關(guān)小” 、“關(guān)得很小”這些表示液位狀態(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 (需化成模糊變量 )用模糊邏輯推理的方法得出此刻的控制量。但是在許多情況下無法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型?？梢园讶说慕?jīng)驗用模糊條件語句表示，然后用模糊集合理論對語言變量進(jìn)行量化，再用糊推理對系統(tǒng)的實時輸入狀態(tài)進(jìn)行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制決 策。模糊數(shù)學(xué)的創(chuàng)始人，扎德教授舉過停車的例子，正如一個汽車司機(jī)，不懂汽車模型而能很好地駕駛汽車一樣。雖然常規(guī)自適應(yīng)控制技術(shù)可以解決一些問題，但范圍是有限的。目前，模糊控制技術(shù)已經(jīng)用在列車自動運行控制系統(tǒng)、凈水處理、汽車速度控制、電梯群管理控制等領(lǐng)域，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 并取得了很好的控制效果 [16]。模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合化、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)。 PID 調(diào)節(jié)器及其改進(jìn)型是在工業(yè)過程控制中最常見的控制器。當(dāng)采樣周期很短時，用求和代替 積分，用差商代替微商，使 PID 算法離散化，將描述連續(xù) 時間 PID 算法的微分方程變?yōu)槊枋鲭x散 時間 PID 算法的差分方程，數(shù)字 PID 位置型控制算式，如下式所示： 0( ) ( 1 )( ) [ ( ) ( ) ]k DI iT s e k e kU k K p e k e i TT T s???? ? ?? (25) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 式中： u(k)—— k 采樣周期時的輸出； e(k)—— k 采樣周期時的偏差； Ts—— 采樣周期。因為微分作用的引入會把高頻干擾放得很大，反而可能使系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)降低。當(dāng) TI 較大時，則積分作用較弱，這時，有利于系統(tǒng)減小超調(diào)，過渡過程不易產(chǎn)生震蕩，但是消除靜差所需的時間較長，當(dāng) TI較小時，則積分作用較強(qiáng)，這時系統(tǒng)過渡過程中有可能產(chǎn)生震蕩，但消除靜差所需的時間較短。因此，比例系數(shù) Kp 選擇必須適當(dāng)，這樣才能取得過渡時間短、穩(wěn)態(tài)誤差小而又穩(wěn)定的效果。它是應(yīng)用最廣泛的一種控制器。首先要分析幾種控制理論的原理和鍋爐汽包液位的動態(tài)特性，然后分別設(shè)計基于傳統(tǒng) PID 控制的汽包液位控制系統(tǒng)、基于模糊控制的汽包液位控制系統(tǒng)和基于多模態(tài)模糊 — PID 控制的汽包液位控制系統(tǒng)。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。 6．基于專家控制 [8]的鍋爐控制 專家控制是基于知識的智 能控制，它是人工智能、專家系統(tǒng)、自動控制、模糊技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 5．基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 [4]的鍋爐控制 現(xiàn)在許多人把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制應(yīng)用于鍋爐控制中，達(dá)到了很好的控制效果，具有響應(yīng)速度快，精度高和魯棒性強(qiáng)的特點。 3．基于模糊 PID 控制的鍋爐控制 模糊 PID 控制用在鍋爐控制中，能對不確定的條件、參數(shù)、延遲和干擾等因素進(jìn)行檢測分析，采用模糊 推理的方法實現(xiàn) PID 控制與模糊控制在規(guī)定的閾值范圍內(nèi)的自動切換，不僅保持了常規(guī)控制系統(tǒng)原理簡單、使用方便、魯棒性較強(qiáng)等優(yōu)點，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性，控制也更精確。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)下運行，控制靠人工實現(xiàn)，這樣，鍋爐運行好壞完全依靠工人的經(jīng)驗和責(zé)任心。 本文以鍋爐汽包液位控制為例來研究模糊 PID 復(fù)合控制在鍋爐控制中的應(yīng)用。 通過對工業(yè)鍋爐自動調(diào)節(jié)任務(wù)的分析，我們知道 :工業(yè)鍋爐的汽包液位是正常運行的主要指標(biāo)之一，汽包液位是一個十分重要的被調(diào)參數(shù)。 (4) 保持過熱蒸汽溫度恒定 為了保證汽輪機(jī)正常工作，必須保證過熱蒸汽溫度恒定，汽溫過高或過低都會影響汽輪機(jī)的安全運行，所以，過熱蒸汽溫度是影響安全的重要參數(shù)，一般要求溫度變化保持在士 5℃的范圍之內(nèi)。通常要求爐膛負(fù)壓保持在20~40Pa 的范圍內(nèi)，這對燃燒狀況、鍋爐房工作條件、爐膛的維護(hù)及安全運行都最為有利 [6]。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。 為了滿足負(fù)荷設(shè)備的要求，保證鍋爐 本 身運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，工業(yè)鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù)： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） (1) 保持汽包液位 汽包液位是工業(yè)鍋爐正常運行的主要指標(biāo)。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道及汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞；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。鍋爐控制系統(tǒng)的研究對于提高系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性具有深遠(yuǎn)的意義，同時對實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化也有一 定的促進(jìn)作用。 為此，生產(chǎn)過程的各個主要工藝參數(shù)必須嚴(yán)格控制。而模糊控制不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)，魯棒性強(qiáng)，適合用于非線性、滯后系統(tǒng)的控制，但其靜態(tài)性能不能令人滿意，限制了它的應(yīng)用。 鍋爐汽包液位控制是鍋爐生產(chǎn)過程中最重要的環(huán)節(jié)。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 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(jī)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。 作者簽名： 日 期： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 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。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： 指導(dǎo)教師簽名： 日 期： 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)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名： 日期： 年