【正文】 PSPSZONSNSNMNMPMPSZONSNMNMNMNBPBZOZONMNMNMNBNB表52 模糊控制規(guī)則表KI ec eNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNMNSNSZOZONMNBNBNMNSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONMNSNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPSPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPB表53 模糊控制規(guī)則表KD ec eNBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPSNMPSNSNBNMNMNSZONSZONSNMNMNSNSZOZOZONSNSNSNSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB精確量的模糊化把在[－3,3]之間變化的連續(xù)量分為7個(gè)檔次，每一個(gè)檔次對(duì)應(yīng)一個(gè)模糊子集，這樣處理模糊過(guò)程較簡(jiǎn)單。圖54 二輸入三輸出的模糊控制器在MATLAB 模糊控制箱箱仿真圖本控制器模糊推理系統(tǒng)采用Mamdani型模糊推理系統(tǒng)，與運(yùn)算采用極小運(yùn)算，或運(yùn)算采用極大運(yùn)算，模糊蘊(yùn)涵采用極小運(yùn)算，模糊規(guī)則綜合采用極大運(yùn)算，去模糊化采用重心法。圖55 鍋爐汽包水位三沖量自適應(yīng)模糊PID串級(jí)控制系統(tǒng)圖56加入給水流量擾動(dòng)時(shí)仿真結(jié)果把三沖量自適應(yīng)模糊PID控制方式與傳統(tǒng)PID控制方式分別在以下四種情況下：(1)水位給定值階躍跟蹤響應(yīng)時(shí)。要對(duì)其建立一個(gè)精確地?cái)?shù)學(xué)模型相當(dāng)苦難。致謝在司徒瑩老師的指導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)?！敝?jǐn)向在百忙中抽出寶貴時(shí)間評(píng)審我的論文的各位老師致以真摯的感謝。另外在此次設(shè)計(jì)中，同組的同學(xué)也給了我很大的幫助，在此，我也向他們致以真誠(chéng)的感謝！即將結(jié)束再次學(xué)習(xí)的生活，相信等待我的是一片充滿機(jī)遇、風(fēng)險(xiǎn)與快樂(lè)的土地；也相信我和同仁們的事業(yè)必將如涅磐之鳳、浴火之凰；更加相信，不朽的民族精神終將引領(lǐng)我們創(chuàng)造新的奇跡！“風(fēng)雨不改凌云志，振衣濯足展襟懷。通過(guò)對(duì)鍋爐三沖量給水自動(dòng)控制系統(tǒng)分別采用模糊控制器和PID控制器進(jìn)行系統(tǒng)仿真，從仿真結(jié)果可以看出，在控制對(duì)象不確定時(shí)，模糊控制比傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器控制的調(diào)解時(shí)間短，超調(diào)劑小，尤其在對(duì)象參數(shù)有較大變化時(shí)，PID控制系統(tǒng)的響應(yīng)非常劇烈，而模糊控制對(duì)他的影響微乎其微。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真結(jié)果表明，三沖量串級(jí)的自適應(yīng)模糊PID控制系統(tǒng)有很強(qiáng)的克服干擾的能力，有效消除水位偏差，較常規(guī)PID在該系統(tǒng)的應(yīng)用控制質(zhì)量更好。(2)加入蒸汽流量擾動(dòng)時(shí)。表54 模糊控制輸出表Kp ec e32101233210123表55 模糊控制輸出表KI ec e32101233210123表56 模糊控制輸出表KD ec e321012332101237．模糊控制器在MATLAB模糊工具箱上實(shí)現(xiàn)仿真MATLAB 提供方便的模糊工具箱的圖形界面可視化工具。在實(shí)際運(yùn)用中模糊控制器規(guī)則的建立是基于操作人員及專家的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納而成。輸出控制量的隸屬度曲線如圖53 。1．定義輸入、輸出變量基于上述分析，本文設(shè)計(jì)的模糊控制器采用二輸入三輸出類型，以鍋爐的水位誤差、水位誤差變化率作為模糊控制器兩個(gè)輸入變量，作為模糊控制器的三個(gè)輸出變量。 (3)模糊PID開關(guān)切換控制器。另一面，模糊控制器雖然能對(duì)復(fù)雜的和難以建模的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單而有效的控制，但是簡(jiǎn)單模糊控制器由于不具有積分環(huán)節(jié)，因而很難消除穩(wěn)態(tài)誤差。(2)最大隸屬取最小值方法(som) 該方法取模糊集合中具有最大隸屬度的所有點(diǎn)的最小的一個(gè)作為模糊化的結(jié)果。(4)保證了曲面的連續(xù)性。常用模糊推理方式主要有：mamdani 模糊推理方式、Sugeno 模糊推理方式。對(duì)于多輸入多輸出模糊系統(tǒng)，則有多個(gè)輸入法和前提條件以及多個(gè)結(jié)論。模糊規(guī)則通常有一系列的關(guān)系詞連接而成，如if－then , else , also , end , or 等，關(guān)系詞必須經(jīng)過(guò)“翻譯”才能將模糊規(guī)則數(shù)值化。三角形模糊器是將*∈U映射成U上的模糊集x ，它具有三角形隸屬度函數(shù)： (43)其隸屬函數(shù)如圖45所示。在模糊控制中，主要采用以下三種模糊器。在I/ O接口裝置中，除A/D 、D/A轉(zhuǎn)換外，還包括必要的電平轉(zhuǎn)換電路；執(zhí)行機(jī)構(gòu)，各類電動(dòng)機(jī)、調(diào)節(jié)閥等；被控對(duì)象，對(duì)于那些難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜對(duì)象，更適宜采用模糊控制；傳感器，傳感器是將被控對(duì)象或過(guò)程的被控量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一類裝置。扎德的模糊理論為控制理論開辟了新的發(fā)展方向，提供了新的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。以下，我們將嘗試采用自適應(yīng)模糊控制的方法，來(lái)改善上述不足。對(duì)其在無(wú)、有干擾情況下進(jìn)行仿真。水位偏差控制采用蒸汽流量與給水流流量對(duì)消方式來(lái)消除偏差即取。但這時(shí)的就不是一個(gè)簡(jiǎn)單的系數(shù)，而是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)節(jié)。內(nèi)回路的方塊圖可表示為圖39。由于三沖量調(diào)節(jié)系統(tǒng)抗干擾能力和調(diào)節(jié)品質(zhì)都比單沖量、雙沖量調(diào)節(jié)要好，因此應(yīng)用也最多。鍋爐給水量在運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)有自發(fā)性的變化，當(dāng)幾臺(tái)鍋爐并列運(yùn)行時(shí)，還可能發(fā)生幾臺(tái)鍋爐的水位調(diào)節(jié)互相干擾的現(xiàn)象。因而能極大的減小給水量和水位的波動(dòng)，縮短過(guò)度過(guò)程時(shí)間。然而，在停留時(shí)間較短，負(fù)荷變化較大時(shí)，采用單沖量水位控制系統(tǒng)就不能適用。汽包水位在燃料量B擾動(dòng)下的響應(yīng)曲線如圖34所示，當(dāng)燃料量增加時(shí)，鍋爐的吸熱量增加，蒸發(fā)強(qiáng)度增大。但實(shí)際情況并非這樣，由于蒸汽用量的增加，瞬間必然導(dǎo)致汽包壓力的下降。用傳遞函數(shù)來(lái)描述時(shí)，它近似于一個(gè)積分環(huán)節(jié)和時(shí)滯環(huán)節(jié)的串聯(lián)。圖311所示是給水流量作用下，水位的階躍響應(yīng)曲線。第三章 鍋爐汽包水位的基本特性和汽包水位控制系統(tǒng)方案選擇工業(yè)鍋爐的汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示。3）過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制維持過(guò)熱器出口溫度在允許范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超過(guò)允許的工作溫度。自動(dòng)控制的目的是實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)率，節(jié)約能源，改善勞動(dòng)環(huán)境條件。同時(shí)會(huì)使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過(guò)熱蒸汽品質(zhì)，增加在過(guò)熱器管壁和汽輪機(jī)葉片上的結(jié)垢。根據(jù)鍋爐的作用不同，可分為電站鍋爐，工業(yè)鍋爐，生活鍋爐等。在實(shí)際運(yùn)行中常常需要手工操作。自從1965年加利福尼亞大學(xué)的查德教授創(chuàng)建模糊集理論和1974年英國(guó)的 成功地將模糊控制應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)控制以來(lái)，模糊控制得到廣泛發(fā)展并在現(xiàn)實(shí)中得以成功應(yīng)用。鍋爐水位自動(dòng)控制的任務(wù),就是控制給水流量,使其與蒸發(fā)量保持平衡,維持汽包內(nèi)水位在允許的范圍內(nèi)變化。由于鍋爐水位控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器輸入端常加有三個(gè)輸入量，極易引起水位控制偏差，本文提出了兩種消除水位偏差的方法：(1)輔助信號(hào)自消方法 (2)輔助信號(hào)對(duì)消方法。鍋爐的建模與控制問(wèn)題一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，而汽包水位是工業(yè)鍋爐安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要指標(biāo)，保證水位控制在給定范圍內(nèi)，對(duì)于提高蒸汽品質(zhì)、減少設(shè)備損耗和運(yùn)行損耗、確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行具有重要意義。利用MATLAB對(duì)傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)和三沖量自適應(yīng)模糊PID控制系統(tǒng)仿真，結(jié)果表明后者的自適應(yīng)能力更強(qiáng)，抗干擾能力和魯棒性更好，保證水位的穩(wěn)定。因此研究新型的水位控制系統(tǒng)，使其能進(jìn)一步提高水位控制的效果，同時(shí)又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，還是非常必要的。在自適應(yīng)模糊PID控制器方面，我國(guó)的許多學(xué)者研究提出了采用模糊邏輯的非常規(guī)的PID控制器，研究表明自適應(yīng)、自調(diào)整以及模糊PID不僅可以解決簡(jiǎn)單線性問(wèn)題，而且對(duì)于許多復(fù)雜非線性、高階、時(shí)延等系統(tǒng)具有很好的效果。提出了三沖量輔助信號(hào)對(duì)消方法消除水位偏差。為確保生產(chǎn)生活安全，對(duì)鍋爐設(shè)備的自動(dòng)控制就顯得十分重要。隨著鍋爐容量的增加，水位變化速度愈來(lái)愈快，人工操作愈來(lái)愈繁重，因此對(duì)汽包水位實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。1）鍋爐汽包水位的控制被控變量是汽包水位，操縱變量是給水流量。對(duì)鍋爐生產(chǎn)如果操作不合理，管理不善，處理不當(dāng)，往往會(huì)引起事故，輕則停爐影響生產(chǎn)，重則造成爆炸，造成人身傷亡，損壞廠房、設(shè)備，后果十分嚴(yán)重。如果只考慮主要擾動(dòng)，那么，汽包水位對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可用方程式表示為： （31） 式中 、 時(shí)間常數(shù)， 給水流量項(xiàng)時(shí)間常數(shù)， 蒸汽流量項(xiàng)時(shí)間常數(shù)， 給水流量項(xiàng)放大系數(shù)， 蒸汽流量項(xiàng)放大系數(shù)。這使得水位下汽包容積有所減少，使水位下降，單考慮這個(gè)因數(shù)，水位的變化如圖中曲線H2，相當(dāng)于一個(gè)慣性環(huán)節(jié)，實(shí)際上水位H的響應(yīng)為H1與H2的和。 蒸汽負(fù)荷（蒸汽流量）對(duì)水位的影響，即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性 在蒸汽流量擾動(dòng)下，水位響應(yīng)曲線如圖33。從圖上可以看出，當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開始時(shí)，水位不僅不下降，反而迅速上升，然后在下降（反之，蒸汽流量突然減少時(shí)，則水位先下降，然后上升）這種現(xiàn)象稱之為“虛假水位”。圖34 汽包水位在燃燒率擾動(dòng)下的階躍響應(yīng)曲線單沖量水位控制系統(tǒng)是以汽包水位測(cè)量信號(hào)為唯一的控制信號(hào)，即水位測(cè)量信號(hào)經(jīng)變送器送到水位調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測(cè)量值與