【正文】 ，過渡過程不太平穩(wěn)，控制效果不是很好。當(dāng)t時刻的液位偏差高于t1時刻的液位偏差，說明水量變化在增大，即實際液位有上漲趨勢，偏差變化為“負” ；相反，當(dāng)t時刻的液位偏差低于t一l時刻的液位偏差，偏差變化為“正” 。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。估計入水量與蒸汽流量間的平衡關(guān)系，然后操作入水閥以決定入水量是否需要增加或減少。但若輸出改為：則取(2+4)/2=3為反模糊化的結(jié)果。 模糊控制輸出查詢表u e6420+2+4+6ecNBNMNSZEPSPMPB6NB4NM2NS0ZE+2PS+4PM+6PB 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計 模糊控制器設(shè)計好之后。2．輸入隸屬度函數(shù) 雙擊各個變量的圖標處，然后依次在編輯菜單中編輯模糊變量的隸屬函數(shù)類型和參數(shù)，操作界面如下圖所示：圖 模糊變量的隸屬函數(shù)設(shè)計界面3．輸入模糊控制規(guī)則　　在Edit菜單下選擇Rule選項，根據(jù)事先制定的模糊控制規(guī)則表進行模糊規(guī)則的設(shè)計，如下圖所示：圖 模糊控制規(guī)則設(shè)計界面4．模糊推理輸出特性曲面模糊推理如下圖所示：圖　　模糊推理界面根據(jù)模糊推理得到的輸出特性曲面如下圖所示：圖 　輸出特性曲面5．在模糊控制器設(shè)計完畢并生成mohuqi．fis文件之后，在MATLAB環(huán)境下輸入命令：jia=readfis(‘mohuqi．fis’)，在仿真界面里的模糊控制系統(tǒng)中，雙擊模糊模塊控制器，并命名為上述的jia，然后點擊仿真按鈕，觀察示波器，就會出現(xiàn)下圖所示的仿真波形。 仿真研究多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)仿真步驟和純模糊控制系統(tǒng)的一樣。第六章 結(jié)束語本論文主要探討了鍋爐汽包液位的控制方案，就鍋爐汽包液位控制特性作為研究切入點，探討如何解決鍋爐汽包液位控制特性所提出的問題。即汽包液位的單回路控制系統(tǒng)。模糊控制器的輸入變量是實際液位和給定液位的偏差e和偏差的變化率ec (二維結(jié)構(gòu))，輸出變量是控制量u。期間，李老師還帶我們?nèi)グ摷瘓F的CCPP（蒸汽、燃氣聯(lián)合發(fā)電項目）進行了實習(xí)，使我認識到了理論與實踐相結(jié)合的重要性。仿真證明了采用多模態(tài)模糊PID控制要優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制和純模糊控制方法。從仿真圖中可以看到PID調(diào)節(jié)效果不理想，沒有消除“虛假液位”的影響，魯棒性不強。為此，我們首先采用傳統(tǒng)PID控制算法對鍋爐液位進行控制。(4)采用多模態(tài)模糊PID控制方式，系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性都較好。 圖 多模態(tài)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 采用此系統(tǒng)時，切換條件|e0|對控制性能的影響很大。模糊控制系統(tǒng)的仿真界面如下圖所示： 模糊控制系統(tǒng)仿真界面然后設(shè)計系統(tǒng)中的模糊控制器，在MATLAB環(huán)境下，輸入fuuy語句，回車就進入如下圖所示的模糊控制器編輯畫面，在編輯菜單Edit下選擇輸入變量的模糊函數(shù)和輸入輸出個數(shù)，將鍋爐汽包液位的偏差e和偏差的變化ec作為模糊控制器的輸入量，閥門開度u作為模糊控制器的輸出變量，然后在相應(yīng)的name方框里命名。(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。當(dāng)有多個最大隸屬度元素時，就取它們的平均值作為輸出。調(diào)節(jié)控制汽包液位需要的過程參數(shù)有三個：汽包實際液位與液位設(shè)定值的偏差、給水量的變化值和蒸汽量的變化值。設(shè)模糊控制器的輸入輸出的基本論域設(shè)置如下：液位的偏差e最大變化范圍是[3cm，+3cm]，偏差變化ec的最大變化范圍是[，+]，輸出量yu的最大變化范圍是[0，100%100]。當(dāng)液位y(t)高于y0(t)時，即實際液位高于給定液位，偏差為“負” ，液位高得越多則偏差負得越大；相反，y(t)低于y0(t)時，即實際液位低于給定液位，偏差為“正”，液位低得越多，則偏差正得越大。仿真波形如下圖所示。SIMULINK提供了用鼠標“畫”出系統(tǒng)框圖的方式，可以進行圖形建模。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、實踐經(jīng)驗法確定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。給水流量主通道傳遞函數(shù)為： (41)蒸汽流量干擾通道傳遞函數(shù)為： (42) PID控制系統(tǒng)模型 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))。 汽包液位H是被調(diào)量，是主沖量信號，蒸汽流量D、給水流量W是兩個輔助沖量信號。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。 圖 汽包液位單沖量控制原理圖及方框圖單沖量汽包液位控制系統(tǒng)存在兩個主要問題：(1) 當(dāng)鍋爐蒸汽負荷變化很大時，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過程一開始液位“虛假”上升而減少給水量，這個錯誤動作反而擴大了汽包進出流量的不平衡，使汽包液位和給水量的波動幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。本文中取 (311)由此可見，汽包液位調(diào)節(jié)對象在蒸汽流量擾動下，非但沒有自平衡能力，而且存在著“虛假液位”現(xiàn)象，“虛假液位”的變化速度很快，變化幅度與蒸發(fā)量擾動大小成正比，也與壓力變化速度成正比。即在給水流量作用下，汽包液位的傳遞函數(shù)為： (39) 汽包液位在蒸汽流量作用下的動態(tài)特性在蒸汽流量D作用下。 汽包液位在給水流量作用下的動態(tài)特性給水流量對液位的影響，即控制通道的動態(tài)特性。 汽包液位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，同時，鍋爐汽包液位高度關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量。 模糊PID控制 模糊自適應(yīng)PID原理簡介模糊自適應(yīng)PID參數(shù)控制器原理為根據(jù)偏差的絕對值、偏差變化率的絕對值的大小和調(diào)整時間的長短，不斷地在線修正PID參數(shù)Kp、KI、KD。(2) 對于具有一定操作經(jīng)驗、但非控制專業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。因為Ke增大，相當(dāng)于縮小了誤差的基本論域，增大了誤差變量的控制作用，雖然能使上升時間變短，但是由于超調(diào)過大，使得系統(tǒng)的過渡過程較長。誤差變量所取的模糊論域為：{n，n+1，．．．0，．．．n1，n}誤差變化變量所取的模糊論域為：{m，m+1，．．．0，．．．ｍ1，ｍ}控制量所取的模糊論域為：｛ｌ，．．．0，．．．ｌ｝有關(guān)模糊論域的選擇問題,一般選n≥6，m≥6，ｌ≥6，這樣能確保模糊集能較好地覆蓋模糊論域，本文中取n=m=ｌ=6。當(dāng)多個最大隸屬度元素時，就取它們的平均值作為輸出。3. 模糊推理模糊決策推理是模糊控制的核心，它利用知識庫的信息模擬人類的推理決策過程，給出了適合的控制量。這樣，對于每一個物理輸入量至少有一個模糊子集的隸屬程度大于零。下面分別予以介紹。 (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。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，用計算機來實現(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。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，不懂汽車模型而能很好地駕駛汽車一樣。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，并取得了很好的控制效果[16]。PID調(diào)節(jié)器及其改進型是在工業(yè)過程控制中最常見的控制器。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。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。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)。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。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、魯棒性較強等優(yōu)點，而且具有更大的靈活性、適應(yīng)性，控制也更精確。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。(4) 保持過熱蒸汽溫度恒定為了保證汽輪機正常工作，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)。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導(dǎo)管和負荷設(shè)備都是不利的。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道及汽輪機的高壓部分金屬損壞；過熱蒸汽溫度過低，降低汽輪機的效率，加劇對葉片的侵蝕。為此，生產(chǎn)過程的各個主要工藝參數(shù)必須嚴格控制。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)。傳統(tǒng)的鍋爐汽包液位三沖量控制系統(tǒng)大都采用PID控制。只有在充分保證鍋爐安全生產(chǎn)、保護環(huán)境和運行可靠的前提下，通過科學(xué)管理、技術(shù)改造、提高操作及運行水平，使鍋爐實現(xiàn)熱效率高的狀態(tài)。所以，要把壓力、液位、溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。(3) 維持爐膛負壓爐膛負壓的變化，反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的相適應(yīng)程度。因此，必須使空氣和燃料維持適當(dāng)?shù)谋壤?，使鍋爐工作在最佳工況下，使鍋爐熱效率最高，避免環(huán)境污染，達到節(jié)能降耗的目的。因各回路之間的相互制約，控制效果也不盡人意，并且設(shè)計復(fù)雜，造價高，這樣中小型用戶就難以實施。集散控制系統(tǒng)用于鍋爐控制中，使得系統(tǒng)運行穩(wěn)定、無振蕩、蒸汽耗熱量大大降低，提高動態(tài)控制品質(zhì)，改善勞動環(huán)境，收到良好的經(jīng)濟效益。近年來，人們對模糊智能PID控制器、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能PID控制器、混沌PID智能控制器及遺傳算法一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID智能控制器等，產(chǎn)生了濃厚的興趣，研究者甚多。第二章 控制理論分析 PID控制理論PID控制器即比例、積分、微分控制器。積分時間TI，對積分部分的作用影響極大。 在計算機中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。 模糊控制理論 模糊控制理論的起源與發(fā)展模糊控制理論屬于智能控制的范疇，它是在美國加利福尼亞大學(xué)的扎德()教授于1965年創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理、和模糊控制等方面的內(nèi)容。然而由于一系列原因，諸如被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)間的強烈耦合、較大的隨機干擾、過程機理錯綜復(fù)雜、各種不確定性以及現(xiàn)場測量手段不完善等，難以建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。因此，模糊集合理論用于描述人的經(jīng)驗就有著獨特的優(yōu)勢。模糊控制的基木思想就是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而人的控制經(jīng)驗一般是由語言來表達的，這些語言表達的控制規(guī)則又帶有相當(dāng)?shù)哪：?。由于被控對象的不同，以及對系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性的要求和所應(yīng)用的規(guī)則各異，可以構(gòu)成各種類型的控制器，如在經(jīng)典控制理論中，用運算放大器加上阻容網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成PID控制器和由前饋、反饋環(huán)節(jié)構(gòu)成各種串、并聯(lián)校正器；在現(xiàn)代控制理論中，設(shè)計的有限狀態(tài)觀測器、自適應(yīng)控制器、解耦控制器和魯棒控制器等。模糊控制器的結(jié)構(gòu)指的是確定哪些變量是它的輸入變量，哪些變量是它的輸出變量。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)。(1) 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、量化因子、比例因子和模糊子集的隸屬度函數(shù)。從條件變量的多少、模糊規(guī)則多少的角度來劃分，模糊規(guī)則推理方法又可分為近似推理、模糊條件推理、多輸入模糊推理、多輸入多規(guī)則推理等四種模糊推理規(guī)則。中位數(shù)法比最大隸屬度法包含了更多的信息。 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。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。 模糊控制存在的問題 雖然模糊控制取得了很多研究成果，但是由于它的發(fā)展歷史還不長，因此，理論上的系統(tǒng)性和完善性，技術(shù)上的成熟性和規(guī)范性還都是不夠的；另一方面，模糊控制雖有其獨特的