【正文】 圖 435 三沖量控制系統(tǒng)第三種接法的仿真程序 仿真結(jié)果 如圖 436，給水流量突然增加 20%，液位輸出 保持不變，給水流量干擾完全被克服。三沖量控制系統(tǒng)又引入 給水流量信號(hào)，能有效克服給水流量和蒸汽流量的干擾。 對(duì)于小型鍋爐，由于汽包停留時(shí)間較長(zhǎng)，假水位現(xiàn)象并不顯著，配上 一些連鎖報(bào)警裝置也可保證安全操作。 當(dāng) T 小于 1 時(shí)， 假液位 對(duì)輸出幅值和 液位上升 速度的影響沒(méi)有太大區(qū)別。 當(dāng) ? =90 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 445 所示，這時(shí)曲線第三個(gè)半波基本消失，控制效果不能令人滿意。當(dāng) ? =85 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 450 所示，這時(shí)也不能令人滿意。然而對(duì)于 ? 的 變化，三種控制系統(tǒng)對(duì) ? 的魯棒性都較小。 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 原理 由于 操作者經(jīng)驗(yàn)不易精確描述， 控制過(guò)程中各種信號(hào)量及評(píng)價(jià)指標(biāo)不易定量表示，人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則及有關(guān)信息作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)的知識(shí)庫(kù)中，然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況，運(yùn)用模糊推理，即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，這就是模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 。 , { 5 , 4 , 3 , 2 , 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 }e e c ? ? ? ? ? ? （ 51） 其模糊子集為 , { , , , , , , }e e c N B N M N S O P S P M P B? （ 52） 子集中元素分別代表負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，領(lǐng)，正小，正中，正大。 PID 控制器參數(shù) 取 為： P=2， I=， D=0。 圖 54 ? =200，干擾為 在線自校正 仿真結(jié)果 遺憾的是，由于時(shí)間有限，不能對(duì) 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 進(jìn)行深入探討，只是進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。可以整定出 最佳 PID 參數(shù) 。對(duì)于 T 的變化，三種控制系統(tǒng)魯棒性都很強(qiáng)。 a=addvar(a,39。NB39。,39。trimf39。,[2,0,2])。 a=addmf(a,39。input39。,39。zmf39。,[3,2,0])。 a=addmf(a,39。input39。,2,39。PB39。,[,])。 a=addmf(a,39。output39。,1,39。PS39。,39。smf39。output39。,2,39。NS39。,39。trimf39。,[0,])。 a=addvar(a,39。NB39。,39。trimf39。,[2,0,2])。 a=addmf(a,39。output39。 1 3 6 2 1 1 1。 2 2 7 1 3 1 1。 rulelist=[1 1 7 1 5 1 1。,[0,2,3])。trimf39。,39。NS39。,3,39。output39。smf39。,39。PS39。,2,39。output39。 46 a=addmf(a,39。,[,])。PB39。,1,39。output39。 a=addmf(a,39。,[,0])。zmf39。,39。input39。 a=addmf(a,39。,[2,0,2])。trimf39。,39。NB39。 a=addvar(a,39。,[0,2,3])。trimf39。,39。NS39。,1,39。input39。fuzzpid39。 （ 4） 三種控制系統(tǒng)都具有一定的魯棒性。 ? 越大，滯后時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。前邊已經(jīng)討論過(guò)，各種控制系統(tǒng)對(duì) ? 的魯棒性都很小。 根據(jù)程序框 圖 在 MATLAB 環(huán)境下的 Mfile 中 編寫(xiě) 在線自校正 程序見(jiàn)附錄。 表 51 pk 的模糊規(guī)則表 ec pk? e NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS ZO NS NM NM NM NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB 表 52 ik 的模糊規(guī)則表 ec ik? e NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB NM NM NS ZO ZO NM NB NB NM NS NS ZO ZO NS NB 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 41 表 52 dk 的模糊規(guī)則表 ec dk? e NB NM NS ZO PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS ZO NS ZO NS NM NM NS NS ZO ZO ZO NS NS NS NS NS ZO PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB ,p i dk k k 的模糊控制規(guī)則表建立好后，可根據(jù)如下方法進(jìn)行 ,p i dk k k 的自適應(yīng)校正。所以可以采用 智能 PID 控制 器 代替上述常規(guī) PID 控制器 。對(duì)于 K 的變化，雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)于單沖量控制系統(tǒng)， 三雙沖量控制系統(tǒng)與雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性差不多。 如圖 448 所示。液位輸出都沒(méi)有超出液位允許波動(dòng)范圍，對(duì)于 T的魯棒性都很強(qiáng)。 在 T 小于 100 大于 1 的范圍內(nèi)較明顯。 對(duì)于 單沖量控制系統(tǒng) ， 在 20%蒸汽流量干擾下， 當(dāng) K=85 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 438所示 ， 這時(shí) K 達(dá)到臨界 最大值 ， K 若大于 85， 由于假液位現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)輸出超調(diào)過(guò)大，液位就會(huì)超出允許波動(dòng)范圍， 使汽包水位降到危險(xiǎn)程度以致 會(huì) 發(fā)生事故 。 它只適用 于 汽包停留時(shí)間較長(zhǎng)，在蒸汽負(fù)荷變化時(shí)，假水位現(xiàn)象不顯著 的 小型鍋爐， 再 配上一些聯(lián)鎖報(bào)警裝置，可以保證安全操作，滿足生產(chǎn)的要求。 也許這是由于我的 PID 參數(shù)不是最佳的，但是通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若 還取 C1小于或等于 1 很難 得到最佳曲線。 圖 432三沖量控制系統(tǒng)第二種接法的仿真程序 仿真結(jié)果 如 圖 433， 當(dāng)給水 流量突然增加 20%，液位輸出基本 保持不 變 。而與雙沖量控制系統(tǒng)相比，沒(méi)有改善對(duì)蒸汽流量干擾的克服能力。 當(dāng)給水 流量突然增加 20%， 仿真結(jié)果 如圖 424， 在 副回路 調(diào)節(jié)下 ， 經(jīng)過(guò)約 4 秒，給水流量輸出 就 完全跟蹤了副回路輸入 ， 而且 給水流量干擾對(duì)副回路輸出幅值影響也非常小，約為 。 25 圖 422 20%蒸汽流量 干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 當(dāng)蒸汽流量突然增加 20%，仿真結(jié)果如圖 422，與圖 412 基本相同。 圖 418 20%給水流量干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 當(dāng)給水 流量突然增加 20%時(shí) ，如圖 418，約經(jīng)過(guò) 800 秒，液位穩(wěn)定到設(shè)定值，其最大超調(diào)約為 65%，與圖 413 相比 ，它的調(diào)整時(shí)間和超調(diào)都沒(méi)有變化。此時(shí)，這個(gè)單沖量控制系統(tǒng)已不適用于這個(gè)鍋爐汽包液位系統(tǒng)的控制。 20 圖 412 20%蒸汽流量干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 仿真研究 取 Step1=0， Step2=， 看一下 給水流量突然增加 20%時(shí)， 控制效果如何。此時(shí)系統(tǒng)輸出 在給定值附近衰減振蕩 ，但衰減速度太慢，應(yīng)再引入微分作用。 圖 47 在 20%蒸汽流量干擾 下 P=1， I=0， D=0時(shí)仿真結(jié)果 圖 48在 20%蒸汽流量干擾 下 P=， I=0， D=0時(shí)仿真結(jié)果 圖 49在 20%蒸汽流量干擾 下 P=， I=， D=0時(shí)仿真結(jié)果 19 再給定 P=， I=0， D=0。 P為比例系數(shù) kp， I為積分系數(shù) ki=kp/TI， D為微分系數(shù) kd=kpTD。 在一定范圍內(nèi)， T 越小，假液位上升越快，假 17 液位現(xiàn)象也越嚴(yán)重。 在 T 小于 100 大于 1 的范圍內(nèi)較明顯。 仿真結(jié)果如圖 42。干擾通道傳遞函數(shù) f()( ) 1S KHSS S T S?? ? ? ?Q （ 42） 道用兩個(gè) Transfor F(傳遞函數(shù) )模塊，分別設(shè)置 Transfor F(傳遞函數(shù) )模塊參數(shù)成一個(gè)一階 慣性環(huán)節(jié)和一個(gè)比例積分環(huán)節(jié)求和 實(shí)現(xiàn) 。有時(shí)欲更好的發(fā)揮副回路快速性作用，副回路控制可整定的偏強(qiáng)一些。常用的有經(jīng)驗(yàn)湊試法、臨界比例度法、衰減振蕩法和響應(yīng)曲線法。 控 制器是控制系統(tǒng)的心臟 。用 SIMULINK創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。System（信號(hào)與系統(tǒng)）、 Math（數(shù)學(xué)模塊）和 Functionsamp。意為“矩陣實(shí)驗(yàn)室” 。 11 第 4章 鍋爐汽包 水位 控制 系統(tǒng) 程序設(shè)計(jì)與 仿真 研 究 仿真的 目的和 意義 “ 仿真 ” 一詞譯自英文 Simulation,另一個(gè)曾經(jīng)用過(guò)的譯名是 “ 模擬 ” 。為此，可再引入給水流量信號(hào)，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)， 三沖量控制系統(tǒng) 原理 圖和方 框圖 如圖 34 所示。 C1的設(shè)置比較簡(jiǎn)單，可取 1，也可小于 1。 a） 原理圖 b） 方塊圖 圖 32 雙沖量 控制系統(tǒng)原理圖 及方塊圖 現(xiàn)在分析這些系數(shù)的設(shè)置。 當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然大幅度增加 ，由于假水位現(xiàn)象 ，控制器不但不能開(kāi)大給水閥增加給水量，以維持鍋爐的物料平衡，反而 關(guān)小控制閥的開(kāi)度，減少給水量。 根據(jù)鍋爐汽包水位蒸汽流量和給水流量對(duì)水位影響的動(dòng)態(tài)特性可 歸納得出 控制通道數(shù)學(xué)模型為 0() e() sWHSSS?? ??Q （ 24） 干擾通道的數(shù)學(xué)模型為 f()( ) 1S KHSS S T S?? ? ? ?Q （ 25） 7 第 3章 鍋爐 汽包水位 控制系統(tǒng) 的方案 分析 汽包水 位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)。 給水流量對(duì)水位的影響 給水流量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性，在給水流量作用下，水位階躍響應(yīng)曲線如圖 22 所示。鍋爐排污自汽包里放水，吹灰時(shí)使用鍋爐自身的蒸汽，這些都是短時(shí)間負(fù)荷的干擾。二是為了防止大負(fù)壓進(jìn)入大量冷空氣使?fàn)t膛降溫。 受控變量是汽 包水位，操縱變量是給水流量。鍋爐 設(shè)備是一個(gè) 復(fù)雜的控制對(duì)象，主要輸入變量是負(fù)荷 、鍋爐給水、燃料量、減溫水、送風(fēng)和引風(fēng)等。 所有這些鍋爐， 種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。 （ 2） 按蒸汽壓力 可 分為：低壓鍋爐， 壓力小于等于 ； 中壓鍋爐， 壓力 為 ～ ；高壓鍋爐 ， 壓力為 ～ ；超高壓鍋爐 ， 壓力為 ～；亞臨界 壓力鍋爐 ， 壓力為 ～ ；超臨界壓力鍋爐 ， 壓力大于等于 22MPa。 matlab I 目 錄 第 1 章 概述 ............................................................ 1 鍋爐的種類 .................................................. 1 鍋爐的工藝流程 .............................................. 1 鍋爐的工藝參數(shù)和主要控制系統(tǒng) ................................ 2 第 2 章 鍋爐汽包水位對(duì)象數(shù)學(xué)模型的歸納 .................................. 4 蒸汽負(fù)荷對(duì)水位的影響 ........................................ 4 給水流量對(duì)水位的影響 ........................................ 5 第 3 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的方案分析 ....................