【正文】 對應(yīng)的模糊論域?yàn)?U={8，7，6，5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5，6，7，8}(3)確定語言值的隸屬度函數(shù)選擇輸入變量的隸屬度函數(shù)為三角形函數(shù)，輸出變量的隸屬度函數(shù)也為三角形函數(shù)，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： (a) e的隸屬度函數(shù) (b) ec的隸屬度函數(shù)(c) u的隸屬度函數(shù) (4)模糊控制規(guī)則的語一言描述根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，控制規(guī)則可用模糊條件語句表示如下:If E=NB and EC=NB，then U=NBIf E=NM and EC=NB，then U=NBIf E=NS and EC=NB，then U=NB1f E=ZE and EC=NB，then U=NBIf E=PS and EC=NB，then U=NM1f E=PM and EC=NB，then U=NS1f E=PB and EC=NB，then U=ZE1f E=NB and EC=NM，then U=NBIf E=NM and EC=NM，then U=NBIf E=NS and EC=NM，then U=NMIf E=ZE and EC=NM，then U=NMIf E=PS and EC=NM，then U=NS1f E=PM and EC=NM，then U=ZEIf E=PB and EC=NM，then U=PS整個控制規(guī)則可以用模糊控制狀態(tài)表來描述，eec U NBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNBNMNSZENMNBNBNMNMNSZEPSNSNBNMNMNSZEPSPMZENMNSNSZEPSPMPMPSNMNSZEPSPMPMPBPMNSZEPSPMPMPBPBPBZEPSPMPBPBPBPB在考慮模糊控制規(guī)則時，選取控制量變化的原則是時：當(dāng)誤差大或較大，選擇控制量以盡快消除誤差為主；但誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要的出發(fā)點(diǎn)。第五章 模糊PID控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真研究 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及仿真研究 模糊控制器的設(shè)計(jì)(l)確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量對于鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)，我們采用常見的二維模糊控制器，即它的輸入變量是給定水位和實(shí)際水位的偏差及偏差的變化： (51) (52)公式(51)表示水位的偏差，其中yr(k)代表給定水位。然而，如果工藝方面不允許被控變量作長時間的等幅振蕩，這種方法就不能應(yīng)用。 二、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)1．衰減曲線法先在單純P作用下湊試比例度δ值，找出滿足規(guī)定衰減比下的比例度δs。 汽包液位的PID控制系統(tǒng)的建立給水流量主通道傳遞函數(shù): (41)蒸汽流量干擾通道傳遞函數(shù)： (42)（1） 單沖量的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4. 1單沖量的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（2） 雙沖量的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4. 2單沖量的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖（3） 三沖量的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖4. 3單沖量的PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 PID參數(shù)的整定一、湊試法確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)湊試法是通過觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線(例如階躍響應(yīng))。 仿真實(shí)現(xiàn)，因?yàn)镸ATLAB提供了基本模糊邏輯工具箱(Fuzzy logic Toolbox)，使得建立和設(shè)計(jì)模糊控制器變得方便。它支持連續(xù)、散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)仿真，也支持具有多種采樣速率的多率系統(tǒng)仿真。⑦根據(jù)仿真效果或?qū)嶒?yàn)結(jié)果分析模糊PID的控制性能，再對量化因子、比例因子和PID參數(shù)進(jìn)行調(diào)整以達(dá)到理想的控制效果。首先確定模糊子集個數(shù)，確定每個模糊子集的語言變量，然后為各語言變量選擇隸屬度函數(shù)。利用其在大偏差范圍內(nèi)，即偏差e在某個閾值之外時采用模糊控制，以獲得良好的瞬態(tài)性能；在小偏差范圍內(nèi)，即e落到閥值之內(nèi)時轉(zhuǎn)換成PID控制，以獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。因此，PID參數(shù)的在線自動調(diào)整就非常重要。目前，模糊控制的設(shè)計(jì)尚缺乏系統(tǒng)性，無法定義控制目標(biāo)。因?yàn)閷?fù)雜的生產(chǎn)過程很難獲得過程的精確數(shù)學(xué)模型，而語言方法卻是一種很方便的近似。量化因子Ke和Kec的大小影響著輸入變量誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度，Ke和Kec兩者之間也相互影響。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： 　　　　　　　　　　　　　(38)模糊控制器輸出的控制量還不能直接控制對象，必須將其轉(zhuǎn)換到控制對象所能接受的基本論域中去。③中位數(shù)法論域U上把隸屬函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積平分為兩部分的元素稱為糊集的中位數(shù)。由于模糊控制規(guī)則實(shí)際上是一組多重條件語句，可以表示為從輸入變量論域到被控制量論域的模糊關(guān)系矩陣，模糊推理的作用就是采用合適的推理方法，將輸入變量的模糊向量與模糊關(guān)系進(jìn)行合成，由此得到被控制量的模糊向量。模糊控制規(guī)則是設(shè)計(jì)模糊控制器的核心。對模糊化的方法的研究仍不完善，目前常用的方法主要有以下幾種:線性化方法、非線性化方法、語義關(guān)系生成法、訓(xùn)練法等。(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(shí)現(xiàn)人們的某種目的。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。但是在許多情況下無法建立被控過程的數(shù)學(xué)模型。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已在模糊控制理論和應(yīng)用研究方面取得了重大成功。而傳統(tǒng)的PID控制器，只能通過整定一組PID參數(shù)來滿足一個方面的要求。盡管自1940年以來，許多先進(jìn)控制方法不斷推出，但PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單及易于操作等優(yōu)點(diǎn)，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。它對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響?？梢姡e分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏差，可是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)性能變差，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。它能解決許多控制問題，尤其在動態(tài)過程是良性的和性能要求不太高的情況下。（2）PID控制器有一個相對固定的結(jié)構(gòu)形式，一般僅有三個參數(shù)需要設(shè)置，不需要精確的數(shù)學(xué)模型；并且，PID控制器操作簡單、維護(hù)方便，對設(shè)備和技術(shù)人員的要求不高，因而在現(xiàn)有控制系統(tǒng)中使用容易。所以，通過分析我們發(fā)現(xiàn)三沖量控制要比單沖量控制和雙沖量控制要優(yōu)越些[2]。對于幾臺鍋爐并列運(yùn)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。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是一個前饋(蒸汽流量)加單回路反饋控制系統(tǒng)的復(fù)合控制系統(tǒng)，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：(1)引入蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對調(diào)節(jié)的不良影響，當(dāng)蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假液位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動。 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號，即調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。這種現(xiàn)象常稱為“虛假液位”現(xiàn)象。汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性(給水量不變)可直接從公式(2l)導(dǎo)出： (26)經(jīng)拉式變換后: (27)其傳遞函數(shù)為: (28)上式可以用兩個動態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即: (29)在蒸汽流量F擾動下的階躍響應(yīng)曲線如圖2所示。經(jīng)省煤氣進(jìn)入汽包得給水，首先必須填補(bǔ)由于汽水管路中汽包減少讓出的空間。鍋爐水位自動控制(給水自動控制)的任務(wù)就是控制給水流量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。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；水位過高會影響汽包的汽水分離。汽包水位是影響鍋爐安全運(yùn)行的重要參數(shù)，同時鍋爐汽包水位高度關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量。在汽包實(shí)際運(yùn)行過程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員往往能通過觀察汽包水位和蒸汽流量的變化情況，采用手動操作，有效地克服“虛假液位”現(xiàn)象，使汽包工作在良好的狀態(tài)下。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。(2)雙沖量控制系統(tǒng)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。同時，人們也在其它控制方法上做了很多研究，例如：基于集散控制系統(tǒng)的鍋爐控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的鍋爐控制、基于專家控制的鍋爐控制、混沌PID智能控制器及遺傳算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID智能控制器等。最大問題是在汽包運(yùn)行中會出現(xiàn)“虛假液位”現(xiàn)象，若采用簡單的PID控制方式控制汽包水位，在出現(xiàn)“虛假液位”時，控制系統(tǒng)將會減少汽包進(jìn)水流量，致使汽包中供水量進(jìn)一步減少。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)鍋爐的汽包水位是正常運(yùn)行的主要指標(biāo)之一，汽包水位是一個十分重要的被調(diào)參數(shù)。通常要求爐膛負(fù)壓保持在2040Pa的范圍內(nèi)，這時燃燒狀況，鍋爐房工作條件，爐膛的維護(hù)及安全運(yùn)行都最有利。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．保持汽包液位汽包液位是工業(yè)鍋爐正常運(yùn)行的主要指標(biāo)。鑒于鍋爐控制系統(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(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化也有一定的促進(jìn)作用。 PID control。鍋爐是工廠生產(chǎn)過程中重要的動力設(shè)備。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔1）設(shè)計(jì)（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂3）其它基于MATLAB的鍋爐汽包液位控制仿真研究摘要鍋爐是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。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(yàn)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。鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是保障國家財(cái)產(chǎn)及人民生命安全，促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，合理使用和節(jié)約能源的重要保證。所以，在鍋爐運(yùn)行中必須保持過熱汽溫的穩(wěn)定性。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導(dǎo)致鍋爐受損；壓力過低，就不可能提供給負(fù)荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽。5．保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性鍋爐的熱效率主要取決于空燃比。 鍋爐控制的研究現(xiàn)狀對鍋爐的汽包水位，傳統(tǒng)的控制方法如PID控制是目前較為流行也運(yùn)用較多的控制方法，其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實(shí)現(xiàn)，對于有精確的數(shù)學(xué)模型的對象，是首選的控制系統(tǒng)。由此看來，將模糊控制引入鍋爐水位控制系統(tǒng)已是勢在必行。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的控制信號的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量為潛虧信號；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，下面分別加以詳細(xì)說明：(1)單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號，即調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。(3)三沖量控制系統(tǒng)一般而言，鍋爐容量越大，汽包容水量相對就越小，允許的蓄水量就更小，這就要求提高汽包水位的控制。通過對現(xiàn)場鍋爐汽包水位的研究，得出傳遞函數(shù)以及特性曲線。工業(yè)鍋爐中最常見的事故有：鍋爐缺水，鍋爐超壓，鍋爐滿水，汽水共騰，爐膛爆破，二次燃燒，鍋爐滅火等。因此，必須對汽包水位進(jìn)行自動調(diào)節(jié)，將水位嚴(yán)格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。(3)提高了鍋爐的工作壓力，給水管道系統(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，流量特性更不易滿足控制系統(tǒng)的要求。如果只考慮主要擾動，那么，汽包水位對象的動態(tài)特性可用方程式表示: （21）式中，—時間常數(shù)；—給水流量項(xiàng)時間常數(shù)；—蒸汽流量項(xiàng)時間常數(shù)；—給水流量項(xiàng)的放大系數(shù)；Kd—蒸汽流量項(xiàng)的放大系數(shù)； 為穩(wěn)定狀態(tài)下的水位，△H為水位高度的變化)；(△w為給水流量的變化，Dmax為最大蒸汽負(fù)荷量)；(△D為蒸汽負(fù)荷量)。但由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水量變化后，使汽包內(nèi)汽泡含量減少，導(dǎo)致水位下降。 圖用傳遞函數(shù)來描述可以表示為: (210)式中，為蒸汽流量作用下，階躍響應(yīng)曲線的飛升速度: ，分別為只考慮水面下汽泡容積變化所引