【正文】 5） 在模糊數(shù)學(xué)理論中，“”運算有如下定義： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 ? ? ? ? ? ? ? ?, i j p ijR p E E C K pe e c K e e c K? ? ? ???? ? ? ??? （ 4但 dK 的選取會對動態(tài)特性的調(diào)節(jié)有很大的影響， dK 值過大時，調(diào)節(jié)過程的制動就會超前，使得調(diào)節(jié)時間過長；反之， dK 的值過小時，控制過程的制動性能發(fā)生落后，使得超調(diào)值過大，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （ 2） |E|和 |EC|處于中等大小時，為使系統(tǒng)具有較小的超調(diào)， pK 應(yīng)當(dāng)取較小的值，iK 與 dK 應(yīng)當(dāng)取值適當(dāng)，來保證有較好的系統(tǒng)響應(yīng)速度。 各變量隸屬函數(shù)分別如下圖： 圖 誤差 E 的隸屬函數(shù) 其中，誤差變化率 EC、比例系數(shù) pK 、 iK 與誤差 E 具有相同的模糊論域，同為高斯型，所以其隸屬函數(shù)在 MATLAB 中的圖形也與誤差 E 相同。在此，可選取鍋爐汽包水位的偏差 e和偏差變化率 ec 為其輸入量，設(shè)模糊變量分別為 E、 EC，輸出量為 PID 控制器參數(shù)的修正量Δ pK 、Δ iK 、Δ dK 。 11） 這里的系數(shù) ki的選擇要根據(jù)實際情況而定。 最大隸屬度函數(shù)法不考慮輸出隸屬度函數(shù)的形狀，只關(guān)心其最大隸屬度值處的輸出值 。 自組織法 眾所周知，但能對復(fù)雜系統(tǒng)產(chǎn)生模糊控制規(guī)則，而且還能夠隨著環(huán)境的變化或經(jīng)驗的豐富更新原有的控制規(guī)則以獲得更佳的控制效果。 7） 待定系數(shù) { ija }可通過最小乘法計算等到。模型的辨識分兩步。過程狀態(tài)變量和控制變量北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 的正確選擇對模糊控制系統(tǒng)的控制性能是至關(guān)重要的。當(dāng)分割 較細(xì)，分為負(fù)大（ NB）、負(fù)中（ NM）、負(fù)小 (NS)、北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 零 (ZO)、正小 (PS)、正中 (PM)、正大 (PB)七個部分時，其控制的精細(xì)程度如圖 。 數(shù)據(jù) 庫，模糊邏輯控制中的數(shù)據(jù)庫主要包括量化等級的選擇、量化方式（線性量化或非線性量化）、比例因子和模糊子集的隸屬函數(shù)。 實 際應(yīng)用中，存在多種函數(shù)可供選擇，常用的多為如下 三 種： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 三角型：? ?F0,0,xaxa a x bbaxcx b x ccbxc???? ?? ??? ??? ?? ??? ?? ?? （ 3 1） *0x 實際輸入量； [ *max*min,xx ]為實際輸入量的變化范圍； [ maxmin,xx ]為需要的論域。把模糊推理的結(jié)論通過適當(dāng)?shù)姆椒ㄞD(zhuǎn)化為實際可用的精確量，發(fā)出指令，對實際過程進(jìn)行控制。其次，要求輸入和輸出量可以通過尺度變換達(dá)到合適的論域。 被控對象缺乏精確數(shù)學(xué)模型的情況適宜選擇模糊控制，但具有較精確的數(shù)學(xué)模型的被控對象，也同樣可以采用模糊控制方案。 在 I/O接口裝置中，除 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換外，還包括了必要的電平轉(zhuǎn)換電路。這主要是由于模糊控制表的量化等級有限而造成的，通過增加量化等級數(shù)目雖可以提高精度，但增加量化等級的同時會使數(shù)據(jù)量大大增加，運算時間也大大延長。由這些規(guī)則所構(gòu)成的控制器對復(fù)雜的生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，由于這些規(guī)則基于模糊邏輯，是模糊數(shù)學(xué)與控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，這種控制就是模糊控制。模糊控制經(jīng)歷了 40多年的研究和發(fā)展已經(jīng)逐步完善，尤其在其應(yīng)用領(lǐng)域更是成果輝煌。這就使得模糊控制逐漸形成。蒸汽流量 D、分流器 D? 、對象 2G 均在閉合回路之外，它的引入可以改善調(diào)節(jié)質(zhì)量，但不影響閉合回路工作的穩(wěn)定性。因此，對 水位的控制要求是很高的。當(dāng)1C 、 2C 選擇匹配時，系統(tǒng)的靜態(tài)特性是無差的。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 針對單沖量控制系統(tǒng)不以克服假水位的，如果根據(jù)蒸汽流量作為校正作用，就可以糾正虛假水位引起的誤動作，而且也能提前發(fā)現(xiàn)負(fù)荷的變化，從而大大改善了控制品質(zhì)。 但是，在停留時間較短，負(fù)荷變化較大時，此方式會存在一些問題： （ 1） 當(dāng)負(fù)荷變化產(chǎn)生虛假液位時，將使控制器反向錯誤動作。對于一般 110t/h～300t/h的中高壓鍋爐，當(dāng)負(fù)荷變化 10%時，虛假水位可達(dá) 30～ 40mm。但實際情況并非如此，由于蒸汽用量突然增加，瞬間 必導(dǎo)致汽包壓力的下降。 1） 式中， 0K 飛升速度，即給水流量變化單位流量時水位的變化速度， //mmsth 。 （ 1） 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性，即控制通道的特性。保持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件。 從 20 世紀(jì) 40年代美國創(chuàng)立控制論以來，自動控制理論經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代 控制理論兩個重要發(fā)展階段。一般采用離子交換樹脂對水進(jìn)行軟化處理。有三個被控變量：蒸汽壓力（或負(fù)荷）、煙氣成分（經(jīng)濟(jì)燃燒指標(biāo)）和爐膛負(fù)壓。形成高壓的過熱蒸汽，經(jīng)負(fù)荷設(shè)備控制，供給負(fù)荷設(shè)備用。因此把模糊控制和 PID 調(diào)節(jié)器相結(jié)合以增加穩(wěn)態(tài)控制性能。 針對鍋爐汽包水位存在虛假水位、控制系統(tǒng)復(fù)雜、具有滯后性、難以檢測等特性，及采用傳統(tǒng) PID 控制時，效果不佳，如果控制不及時，甚至?xí)a(chǎn)生安全事故的情況。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 注 意 事 項 （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7） 參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） ：理工類設(shè)計（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。 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　⒖s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。 作者簽名： 日 期： 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。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。同時對比模糊控制的發(fā)展現(xiàn)狀，可發(fā)現(xiàn)其適應(yīng)性好、魯棒性強、控制精度高等優(yōu)勢，所以本文設(shè)想在傳統(tǒng) PID 控制中引入模糊控制，改善汽包水位控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)特性，使汽包水位恒定在一定范圍之內(nèi)，杜絕安全隱患，實現(xiàn)鍋爐汽包水位的更精確、更有效的智能控制。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 1 章 鍋爐 相關(guān) 控制 與前景 第 節(jié) 概述 鍋爐是石油化工、發(fā)電等工業(yè)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。與此同時，燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣，除將飽和蒸汽 變成過熱蒸汽外，還經(jīng)省煤器預(yù)熱鍋爐給水和空氣預(yù)熱器預(yù)熱空氣，最后經(jīng)引風(fēng)機(jī)送往煙囪，排入大氣?？蛇x用的控制變量也有三個：燃料量、送風(fēng)量和引風(fēng)量。通常應(yīng)用程序控制，確保水處理和樹脂再生正常交替運行。世界各國控制理論界也都在探索建立新一代的控制理論，以解決復(fù)雜系統(tǒng)的控制問題。水位的過高、過低都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不得的影響。 圖 給水流量作用下水位階躍響應(yīng)曲線 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 如果把汽包和給水看作單容量無自衡對象，水位階躍響應(yīng)曲線將如圖 H1所示。 τ純滯后時間。汽包內(nèi)水沸騰突然加劇，產(chǎn)生閃蒸，水中氣泡迅速增加，因氣泡容積增加，而使水位變化的曲線 如圖 H2所示，先上升再趨于平緩。虛假水位現(xiàn)象屬于反向特性，給控制帶來一定的困難，在控制方案設(shè)計時，必須引起注意。例如，蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加時，虛假水位上升，此時控制器不但不能開大給水閥，增加給水量，反而減小控制閥，減少給水量。將蒸汽流量信號引入 ，就構(gòu)成了雙沖量控制系統(tǒng)。 雙沖量調(diào)節(jié)由于有以上特點，所以能在負(fù)荷變化頻繁的工況下比較好的完成水位調(diào)節(jié)任務(wù)。 鍋爐給水量在運行中經(jīng)常會有自發(fā)性的變化，當(dāng)幾臺鍋爐并列運行時，還可能發(fā)生幾臺鍋爐的水位調(diào)節(jié)互相干擾的現(xiàn)象。所以該系統(tǒng)的實質(zhì)是前饋加反饋的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 第 節(jié) 模糊控制的形成與 提出 假設(shè)我們需要控制爐溫恒定，檢測儀表給出的是爐溫的精確量，操作人員將此精確量轉(zhuǎn)化為頭腦中的模糊的概念量，如“溫度較高”，他用此概念與控制中的經(jīng)驗相匹配，得到“溫度較高應(yīng)減少燃料”的結(jié)論，進(jìn)行工作。自從 1974年 首先利用模糊數(shù)學(xué)理論進(jìn)行蒸汽機(jī)和鍋爐控制得到成功應(yīng)用后，模糊控制的研究和應(yīng)用就十分活躍。 第 節(jié) 模糊控制的優(yōu)缺點 由于模糊控制不必建立數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際系統(tǒng)的輸入和輸出結(jié)果數(shù)據(jù)，參考現(xiàn)場操作人員的運行經(jīng)驗，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行實時控制，實際是一種非線性控制，屬于智能控制的范疇。其實，模糊控制器在不引入積分機(jī)制的條件下，誤差是必然存在的。 （ 2） 模糊控制器：模糊控制的核心部分。 （ 5） 傳感器：傳感器是將被控對象或各種過程的被控制量轉(zhuǎn)換為電信號（模擬的或數(shù)字的）的一類裝置。 （ 2） 精確量的模糊化。 模糊控制器設(shè)計的四個主要方面，同樣也可以做為模糊控制器設(shè)計四個主要步驟。 對于非線性的輸入變量，亦可進(jìn)行線性的變化，也可對具體問題通過非線性的方式進(jìn)行論域變換。 2） 高斯型： 2()F Fxcwe? ??? （ 3 在模糊控制規(guī)則中，前提的語言變量構(gòu)成模糊輸入空間，結(jié)論的語言變量構(gòu)成模糊輸出空間。 圖 分割 數(shù) 為 3的模糊集合 圖 分割數(shù)為 7的模糊集合 模糊分割的個數(shù)決定了最大可能的模糊規(guī)則的個數(shù)。而語言變量的選擇模糊控制器有實質(zhì)性的影響。即結(jié)構(gòu)參數(shù)（ N， p）的 辨識和系數(shù) { ijS ， ija }的確定。依據(jù)以上思路，對控制對象進(jìn)行觀察并悼念輸入和控制的樣本數(shù)據(jù) { vsss p,..., 21 }，利用方程式（ ）計算出待定系數(shù) {ija }后即可建立模糊推理規(guī)則。自組織模糊控制器就是這樣一類模糊控制器，它能夠在沒有先驗的情況下通過對觀察系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系建立控制規(guī)則庫。因此，難免會丟失許多信息 。不同的系數(shù)就決定系統(tǒng)有不同的響應(yīng)特性。設(shè)偏差的基本論域為 [| maxe |,| maxe |],同理偏差變化率的基本論域為 [| maxec |,| maxec |]。 圖 微分系數(shù) Kd 的隸屬函數(shù) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 對應(yīng)于偏差 E偏差變化率 EC 和參數(shù) pK ， iK ， dK 的隸屬度進(jìn)行賦值，如下表： 表 E， EC， pK , dK 的隸屬度賦值表 E/EC/ pK / dK 3 2 1 0 1 2 3 NB 1 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 ZO 0 0 1 0 0 PS 0 0 0 1 0 PM 0 0 0 0 1 PB 0 0 0 0 0 1 表 iK 的隸屬度賦值表 iK 0 NB 1 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 ZO 0 0 1 0 0 PS 0 0 0 1 0 PM 0 0 0 0 0 1 PB 0 0 0 0 0 1 第 節(jié) 模糊規(guī)則表的建立 設(shè)計 PID 三個參數(shù)與偏差 e 以及偏差變化率 ec 之間的模糊關(guān)系，運行過程中，不斷檢測 e 和 ec,再根據(jù)模糊控制原理來調(diào)整 PID 中的三個參數(shù)，實現(xiàn)自動控制，從而使被控對象有良好的動態(tài)與靜態(tài)性能。 （ 3）當(dāng) |E|較小，即誤差不大，接近設(shè)定值時，為了保證系統(tǒng)有良好的穩(wěn)態(tài)性能，就增加 pK , iK ,以增加控制的靈敏度。顯然，在 汽包水位的控制這類時變且不確定性系統(tǒng)中， dK 不可為定值。 6） 如果偏差和偏差變化率分別取 E和 EC，則模糊控制器給出的控制量的變化由模糊推理合成規(guī)則算出： ? ?pK E EC R?? o 即 ? ? ? ? ? ?? ?( ) , ,pK p R p E E CK e e c K e e c? ? ? ???? ? ? ??? （ 4 式 可用一個 ijE EC? 到 pijK 的模糊關(guān)系 R來描述，即： ? ?i j pijR E EC K? ? ? （ 4通過以上規(guī)律，構(gòu)造出積分系數(shù)的模糊控制規(guī)則表： 表 積分系數(shù) iK 的模糊控