【正文】 制規(guī)則表 E EC NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB NM NM NS ZO ZO NM NB NB NM NS NS ZO ZO NS NM NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB PM ZO ZO PS PS PM PB PB PB ZO ZO PS PM PM PB PB （ 3） 微分系數(shù) dK 的模糊控制規(guī)則表 微分調(diào)節(jié)主要是針對存在大慣性過程而引入的，它能給控制系統(tǒng)提前開始制動一個減 速的信號。 PID 中 pK ， iK ， dK 參數(shù)整定的原則 （ 1） |E|較大時，為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的 pK ；同時，為避免由于開始瞬時變大會導(dǎo)致微分的過飽和使控制作用超出許可范圍，應(yīng)當(dāng)取較小的 dK ，抑制微分作用；其次，為防止出 現(xiàn)較大超調(diào)，出現(xiàn)積分飽和，應(yīng)當(dāng)對積分加以限制，取 iK 為零。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第 節(jié) 隸屬函數(shù)的選擇 設(shè) e、 ec 和 pK ， iK ， dK 均服從高斯分布，其隸屬函數(shù)數(shù)學(xué)表達式如下所示： ? ? ? ? ? ?2 2e x p 02xax?????????????系數(shù) a、 ? 可由統(tǒng)計方法確定。 第 節(jié) 輸入輸出變量的選擇 汽包水位的控制中，考慮到控制算法的復(fù)雜程度，通常采用二維模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式。 ③ 加權(quán)平均法 加權(quán)平均法的最終輸出值是由下式?jīng)Q定的，即 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 ?????miimiiikkvv110 （ 3 8） J為具有最大隸屬度輸出的總數(shù)。試圖通過觀察人類控制行為并將其控制思想提煉出一套基于模糊條件 語言的控制規(guī)則從而建立模糊規(guī)則庫的途徑就是觀測法的基本思路。 6） 則可將方程式（ ）的推理輸出化為給定輸入的線性組合 )(...)()(...)(...)()(...)(...)()(0011000110011011111100pNNpNNNNpiipiiiippsasaasasaasasaav????????????????????? （ 3 假設(shè)模糊系統(tǒng)辨識模型可以用參數(shù)形式的規(guī)則來描述，即 IFRi: 1s is iS1 AND 2s is iS2 AND ... ps is ipS THEN pipiii sasaav ???? ...110 i=1,2,...,N 其中， ijS 是模糊語言值， is 是一個輸入變量， iv 是輸出變量，系數(shù)集 {ija }是待辨識的參數(shù)。 ?過程狀態(tài)輸入變量和控制輸出變量的選擇 用語言方式來定義模糊控制規(guī)則比用數(shù)學(xué)方式更容易。如圖 、 ，某變量 設(shè)經(jīng)尺度變換后論域均為 [1， 1]，隸屬函數(shù)的形狀為 高斯形 ，當(dāng)分割較粗，僅分為負(fù)（ N）、零（ Z）、正（ P）三個模糊集合，其控制的精細(xì)程度如圖 。 模糊控制器設(shè)計的關(guān)鍵在于如何有效在建立知識庫即數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，決策邏輯控制實際上是依賴規(guī)則庫來實現(xiàn)的。 如果輸入量數(shù)據(jù)不是準(zhǔn)確的，即存在隨機測量噪聲時，此時模糊化運算相當(dāng)于將隨機量變換為模糊量，可以通過相應(yīng)的隸屬函數(shù)進行變換。 對于線性的變量可有如下方法， )2(2 *m a x*m i n*0m a xm i n0 xxxkxxx ????? *min*max minma xx xxk ??? （ 3 (4)非模糊化。首先，輸入、輸出變量必須是可控可測的，通?？梢哉{(diào)節(jié)量的誤差、誤差的變化和誤差的二階導(dǎo)數(shù)做為輸入變量，輸出變量選擇控制量或控制量的變化。它可以是線性或非線性的、定常或時變的，也可以是單變量或多變量的、有時滯或沒有時滯的以及有強干擾的多種情況。 第 節(jié) 模糊控制的基本原理 圖 模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 以上為模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，易得模糊系統(tǒng)由 5個主要部分組成： （ 1） 輸入 /輸出接口裝置：模糊控制器通過輸入 /輸出接口從被控對象獲取數(shù)字 信號量，并將模糊控制器決策的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，送給執(zhí)行機構(gòu)去控制被控對象。 相對于它的優(yōu)點，它依舊有一些缺陷： （ 1） 精度并不是太高。 在控制工程中，人們加以總結(jié)，可以把憑經(jīng)驗所采取的相應(yīng)措施總結(jié)成一條條控制規(guī)則，如水位太高則減小給水量，溫 度太低則增加燃燒量等等。模糊控制是模糊集合論應(yīng)用的一個重要方向。因此，基于模型的控制方法，往往不如一個有實踐經(jīng)驗的操作人員用手動進行控制的效果好。第二個為水位調(diào)節(jié)對象 1G 和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。如果給水中斷，可能在 10~20秒內(nèi)就會發(fā)生危險；如果僅是給水量與蒸發(fā)量不相適應(yīng)，在一分鐘到幾分鐘內(nèi)也將發(fā)生缺水或滿水事故。 （ 2）引入了蒸汽量前饋信號，能夠改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。 為了克服上面的三個問題，除了依據(jù)汽包水位以外，也可依據(jù)蒸汽流量和給水流量的變化來控制給水閥，將能獲得良好的控制效果，這就產(chǎn)生了雙沖量和三沖量水位控制系統(tǒng)。 這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對于汽包內(nèi)水的停留時間長，負(fù)荷變化 小的小型鍋爐，單沖量水位控制系統(tǒng)可以保證鍋爐的安全運行。 虛假水位的變化大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)。 圖 蒸汽流量擾動作用下的水位相應(yīng)曲線 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 當(dāng)蒸汽流量 D突然增加，在燃料量不變的情況下，從鍋爐的物料平衡關(guān)系來看，蒸汽量 D大于給水量 W，水位變化應(yīng)為 圖 H1所示呈 直線下降。作傳遞函數(shù)來描述時，它近似于一個積分環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為： 0()() sHs KeWs ??? （ 2下面?zhèn)戎赜懻摻o水流量與蒸汽流量作用下的水位變化的動態(tài)特性。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 鍋爐汽包水位的控制 汽包水位是鍋爐正常運行的重要指標(biāo)。同樣，常規(guī)的 PID 控制也存在著一些難以獨立解決的問題，綜合兩者優(yōu)勢，進行有效精確的控制是近年來鍋爐汽包水位控制的一個趨勢。這部分主要使鍋爐給水的水性能指標(biāo)達到工藝要求。 （ 2） 鍋爐燃燒系統(tǒng)的控制。 工作時，燃料與熱空氣按一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，然后經(jīng)過過熱器，形成一定氣溫的過熱蒸汽，再匯集到蒸汽母管。而 PI 調(diào)節(jié)器的積分調(diào)節(jié)作用從理論上 可使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差控制為零，有著很好的消除誤差作用。 鍋爐汽包水位的控制又比較復(fù)雜，其中存在的虛假液位、滯后性、不易檢測性等等又使傳統(tǒng) 控制很難達到較為完善的控制要求。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。 關(guān)鍵詞 ：鍋爐 汽包水位 模糊控制 Matlab 仿真 設(shè)計 PID The Suzzy Control Design about Boilder Drum Water Level System 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 Abstract The drum water level is an important index of boiler operation. Keep the water level in certain scope is to ensure the safe operation of the boiler in the workplace. The low water level higher, and will give boiler and steam the safety of users may not bring the influence of the operation. Too high, saturated steam will bring too much water, resulting in superheater tube wall scaling and damage, and then into the steam turbine with liquid damage turbine blade, produce safety accident。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可以作為驅(qū)動透平的動力源，又可以作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。 第 節(jié) 鍋爐設(shè)備的控制任務(wù) 鍋爐設(shè)備的控制任務(wù)是根據(jù)生產(chǎn)負(fù)荷的需要，供應(yīng)一定壓力與 溫度的蒸汽，同時要使鍋爐在安全、經(jīng)濟的條件下運行。組成的燃燒系統(tǒng)的控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟必和鍋爐的安全運行；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。 第 節(jié) 研究狀況 鍋爐設(shè)備主要輸入變量是負(fù)荷、鍋爐給水、燃料量、送風(fēng)量、引風(fēng)量 ；主要輸出變量包括水位、過熱蒸汽及壓力等，鑒于鍋爐本身的復(fù)雜性，對鍋爐實施控制時存在以下難點： 一，系統(tǒng)存在嚴(yán)重耦合，如燃料量的變化不僅影響蒸汽壓力和汽包水位，還會影響過熱蒸汽溫度等；二，存在不確定時滯，如燃料量的變化對蒸汽溫度、壓力、汽包水位等影響有 不同 的滯后，減溫水量的變化對過熱器出口蒸汽溫度的影響有較大的滯后，這些時滯的大小還隨負(fù)荷狀況的變化而變化。近年來，把傳統(tǒng)控制理論與模糊邏輯、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)相結(jié)合，充分利用人類控制知識對復(fù)雜系統(tǒng)進行控制，逐漸形成了智能控制理論的雛形。首先水位過高會影響汽包內(nèi)的汽水分離，飽和水蒸氣將會帶水過多，導(dǎo)致過熱 器管壁結(jié)垢并損壞，使過熱蒸汽的溫度嚴(yán)重下降。 由于給水溫度要比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，需從原有飽和水中吸取部分熱量， 使水位下氣泡容積 減少。 給水溫度越低，純滯后時間越大。而實際水位則為二者疊加。 第 節(jié) 汽包水位的幾種常規(guī)控制方法 要控制汽包的水位主要通過對給水進行控制，因為在影響汽包水位的因素中 ，給水最為主要，燃料量的擾動影響較小。等到 虛 假水位消失時，由于蒸汽量增加，送水量反而減少，將使水位嚴(yán)重下降，波動厲害，嚴(yán)重時甚至?xí)蛊唤档轿ｋU程度而發(fā)生事故，因此這種系統(tǒng)克服不了虛假水位帶來的嚴(yán)重后果。圖 統(tǒng)的原理圖及方塊圖。在給水壓力比較平衡時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的。當(dāng)某一臺鍋爐負(fù)荷和給水量改變時，引起給水母管壓力波動，而使其它鍋爐的給水量受到擾動。為了確保當(dāng)負(fù)荷變化時水位無余差，必須保證物料平衡，由此確定分流系數(shù)w? 、 D? 的值。在這里， 較高 便是一個模糊的概念，它沒有確切的值。 1977年英國的 Pipps等人采用模糊控制對十字路口的交通管理進行實驗，車輛的平均等待時間減少 7%。它具有以下幾方面的優(yōu)勢： （ 1） 模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語言型控制規(guī)則，其依據(jù)是現(xiàn)場操作人員的控制經(jīng)驗或相關(guān)專家的知識，在設(shè)計中不需要建立被控對象 的精確數(shù)學(xué)模型，因而使得控制機理和策略容易與理解，設(shè)計簡單，便于應(yīng)用。 （ 2） 自適應(yīng)能力有限。一般為一臺微型計算機，根據(jù)控制系統(tǒng)的需要，既可選用系統(tǒng)機、又可選用單板或單片機。被控制量往往是非電量，如溫度、壓力、流量、濃度、 濕度等?？赡：悄：刂破髟O(shè)計的首要條件，模糊化的過程中，要選擇合適的隸屬度函數(shù)，把語言變量的語言值轉(zhuǎn)化成為某適當(dāng)論域上的模糊集合。其中，模糊化、知識庫設(shè)計、解模糊設(shè)計最為重要。 ③ 模糊化運算，將輸入空間的觀測映射為輸 入論域上的模糊集合。 3） 鐘型：? ?F 211 Fxc? ? ?? （ 3每個語言變量的取值為一組模糊語言名稱，每個模糊語言名稱對應(yīng)一個模糊集合。 當(dāng)論域離散且元素個數(shù)有限時，模糊集合的隸屬函數(shù)可以用向量或表格的形式來表示。典型的模糊邏輯控制器的語言變量取系統(tǒng)的狀態(tài)、系統(tǒng)誤差、誤差變化等。如果模型已知，則對于一組給定輸入 { 00201 ,..., psss }，最終輸出 0v 可以通過對第一條規(guī)則推理輸出 iv 的加權(quán)平均得到 ?????NiiNiiiwvwv110 （ 3 專家經(jīng)驗法 專家經(jīng)驗法既是自然的方法又是主觀性較強的方法。與所有學(xué)習(xí)系統(tǒng)一樣，自組織模糊控制器也需要一個學(xué)習(xí)性能指標(biāo)來保證學(xué)習(xí)的收斂性。但它的突出優(yōu)點是計算簡單，所以在一些控制要求不高的場合，采用最