【正文】 入信號成比例關(guān)系。當(dāng)T較小時，積分作用較強(qiáng)。 模糊控制的誕生是和社會科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和需要分不開的。因此，模糊集合理論用于描述人的經(jīng)驗(yàn)就有著獨(dú)特的優(yōu)勢。由于模糊控制器的模型不是山數(shù)學(xué)公式表達(dá)的數(shù)學(xué)模型，而是由一組模糊條件語句構(gòu)成的語言形式，因此從這個角度上講，模糊控制器又稱模糊語’言控制器。就我的理解而言，它最終還是一個PID控制器，但是因?yàn)閰?shù)可自動調(diào)整的緣故，所以也能解決不少一般的非線性問題，但是假如系統(tǒng)的非線性、不確定性很嚴(yán)重時，那模糊PID的控制效果就會不理想啦。采用模糊PID參數(shù)自調(diào)整算法, 可以使控制器的參數(shù)在控制過程中能夠自動地調(diào)整、修改和完善,從而使系統(tǒng)的控制性能不斷完善達(dá)到最佳控制效果。50mm。調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的信號來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。鍋爐給水量改變是依靠改變調(diào)節(jié)閥門的開度來實(shí)現(xiàn)的，稱為給水流量的節(jié)流調(diào)節(jié)方式，其系統(tǒng)示意圖如圖31所示：2 87 1 3 4 5 6 給水流量系統(tǒng)圖1—給水母管 2—給水調(diào)節(jié)閥 3—省煤器 4—汽包 5—下水管 6—上升管 7—過熱管 8—蒸汽母管工業(yè)鍋爐汽水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示。（2）曲線3是不考慮物料不平衡關(guān)系，只考慮給水流量變化時水面下汽泡體積變化所引起的水位變化。動態(tài)特性參數(shù)τ和ε的數(shù)值將用來說明水位響應(yīng)遲延時間的長短和響應(yīng)速度的快慢。由圖中可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時，汽包水位的變化具有特殊的形式：（1）在負(fù)荷突然增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)流量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升，過一段時間后再下降。 虛假水位的變化幅值與鍋爐負(fù)荷的大小有關(guān)，根據(jù)100—230 t/h中高壓鍋爐的資料，當(dāng)負(fù)荷階躍擾動10%時，虛假水位的變化幅值可達(dá)3040mm。虛假液位等于與之和 。在工業(yè)汽包水位的自動控制中，針對不同的控制信號可以有單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)。引入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對控制的不良影響。因此一般采用單沖量調(diào)節(jié)方式就可以滿足生產(chǎn)運(yùn)行的要求，但是單沖量調(diào)節(jié)方法不能克服虛假水位對水位控制的不良影響，當(dāng)蒸汽量大幅度增加時，由于假水位上升，調(diào)節(jié)器輸出信號不但不去開大調(diào)節(jié)閥增大給水流量，以維持物料平衡，反而去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減小給水流量，等到虛假水位消失后，水位將更加迅速下降，顯然這是幫倒忙，在外擾作用下必將引起水位發(fā)生較大幅度波動。當(dāng)蒸汽流量與給水流量不平衡時，會產(chǎn)生“虛假液位”現(xiàn)象。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)仿真，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)仿真。統(tǒng)進(jìn)行仿真，因?yàn)镸ATLAB提供了基本模糊邏輯工具箱 (FuzzylogicToolbox)，使得建立和設(shè)計(jì)模糊控制器變得方便。同時通過實(shí)際的測量建立系統(tǒng)模型，得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)。典型PID只能利用一組固定參數(shù)進(jìn)行控制,這些參數(shù)不能調(diào)整動態(tài)性能和靜態(tài)性能之間的矛盾。誤差E所取的模糊子集的論域?yàn)?[6,+6]誤差EC所取的模糊子集的論域?yàn)?[6，+6]模糊PID控制系統(tǒng)框圖如圖44所示,模糊控制器以偏差e和偏差變化率 作為輸入,修正參數(shù)Δ、Δ、Δ為輸出,則PID控制器的參數(shù)、為式[43]所示,其中kp0、ki0、kd0為PID初值。公式(46)表示水位偏差的變化。操作人員根據(jù)以上參數(shù)觀察水位。目前，最常用的方法是重心法。傳統(tǒng)的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)大都采用串級三沖量PID控制，其控制性能穩(wěn)定，能滿足但不能很好解決“虛假液位”問題。參考文獻(xiàn)[1]孫優(yōu)賢，[M].[2]翁維勤，:化學(xué)工業(yè)出版社，[3]蔣慰孫，(第二版).北京:中國石化出版社，1988[4][M]. [5]楊獻(xiàn)勇，[M]. [6]孫秀全，[M].[7]孫優(yōu)賢，[M].[8]居滋培過程控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M][9]何克忠。最后，我要感謝我的家人，他們的關(guān)心與支持，是我永遠(yuǎn)的精神動力。[16]樊國平，姚明海。考慮到鍋爐水位控制的復(fù)雜特性及模糊控制的特點(diǎn)，本文將模糊PID控制引入鍋爐汽包水位的控制中，取代傳統(tǒng)采用的PID的控制方式，以提高鍋爐水位的控制效果，尤其是針對“虛假水位”的抑制作了以下一些試探性工作：（1）對經(jīng)典的PID控制器特點(diǎn)做了歸納、總結(jié)，并結(jié)合鍋爐水位控制的特點(diǎn)，對汽包水位的模糊PID控制方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)及性能上的分析和比較，并利用MATLAB中的Simulink仿真工具箱分別對設(shè)定值作用下對控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真。（2）模糊PID控制系統(tǒng)對影響鍋爐汽包水位各種干擾因素有較強(qiáng)的抑制能力。表4443分別是水位變化E、水位變化率EC、閥門控制量U的隸屬度函數(shù)賦值表。輸出控制量U對應(yīng)閥門開度變化，閥門開大為“正”，表明注水量加大。在偏差論域E、偏差變化論域EC、比例系數(shù)修正參數(shù)論域Δkp、積分系數(shù)修正參數(shù)論域Δki和微分系數(shù)修正參數(shù)論域Δkd上分別定義模糊子集為{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，并簡記為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，模糊語言變量采用三角隸屬度函數(shù)。在鍋爐汽包的水位控制系統(tǒng)中，水位的給定初值為H。50mm,水位變送器的電流變化為010mA,所以水位變送器的比例系數(shù)為給水流量和蒸汽流量變送器的比例系數(shù)為：1. 通過估算及仿真實(shí)驗(yàn)得到：。工具箱提供了生成和編輯模糊推理系統(tǒng)(FIS)常用的工具函數(shù)，如newfis，addvar，addmf，addrule， setfis，writefis等，它包括了產(chǎn)生新的FIS，給FIS加入變量、隸屬函數(shù)、規(guī)則、設(shè)置解模糊方法及存儲FIS等功能，用戶可以用命令調(diào)用這些函數(shù)的方式生成和編輯模糊推理系統(tǒng)，工具箱還提供了GUI(圖形用戶界面)編輯函數(shù)，利用它用戶可以更直觀迅速地生成系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分方程或差分方程建模相比，它具有直觀、方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 第四章鍋爐汽包水位控制方法設(shè)計(jì)與仿真研究 關(guān)于MATLABMATLAB語言是由美國的 Clever Moler博士于 1980年開發(fā)，以后又經(jīng)多位專家加以補(bǔ)充、添加，成為功能強(qiáng)大、內(nèi)容廣泛的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的軟件工具。然而雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對水位的影響，因?yàn)楫?dāng)給水壓力波動時，給水流量將相應(yīng)變化，此時只有待水位發(fā)生變化后調(diào)節(jié)器才能起作用。 三沖量控制系統(tǒng) 一般而言，鍋爐容量越大，汽包容水量相對就越小，允許的蓄水量就更小，這就要求提高對汽包水位的控制。雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位信號為主要控制信號的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號。根據(jù)汽包鍋爐給水控制對象動態(tài)特性的特點(diǎn)，我們可以提出確定給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些基本思想：(1)由于對象的內(nèi)擾動動態(tài)特性存在一定的遲延和慣性，所以給水控制系統(tǒng)若采用以水位被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，則控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差，給水流量波動較大。 虛假液位的原因 在鍋爐運(yùn)行過程中，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加時，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。 D △D O t H H2 HH1 O t 圖34蒸汽流量D擾動下水位變化的階躍響應(yīng)曲線當(dāng)蒸汽流量突然階躍增加時，此時鍋爐蒸發(fā)量大于給水量，只從物料守恒考慮，由于汽包水位對象是無自平衡能力的，這時水位應(yīng)按積分規(guī)律下降，如圖中H1曲線所示。 在給水流量擾動下，實(shí)際的水位變化曲線2可以認(rèn)為是曲線1和3的合成。下面我們分別來討論在這三種擾動作用下給水調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性。調(diào)節(jié)器就是依據(jù)水位信號、蒸汽流量和給水流量的信號來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。水位過高，會影響汽水分離裝置的正常工作，嚴(yán)重時導(dǎo)致蒸汽帶水量增加，使過熱器管壁和汽輪機(jī)噴嘴、葉片結(jié)垢，甚至造成汽輪機(jī)發(fā)生水沖擊而損壞葉輪；水位過低，則破壞了正常水循環(huán)，以致燒壞某些受熱面，影響鍋爐壽命，嚴(yán)重時會造成爆炸事故，危及人身和設(shè)備的安全。水位過高，會影響汽包內(nèi)，蒸汽帶水會使飽和蒸汽降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁上的結(jié)垢。與較小的，同時為避免系統(tǒng)響應(yīng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，應(yīng)對積分作用加以限制，通常取=0。因此可以說，模糊控制是以人的控制經(jīng)驗(yàn)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(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)的一種智能控制。這也就是模糊控制器的工作過程。然而出于一系列原因，諸如被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)間的強(qiáng)烈耦合、較大的隨機(jī)干擾、過程機(jī)理錯綜復(fù)雜、各種不確定性以及現(xiàn)場測量不完善等，難以建立被控對象的數(shù)學(xué)模型。（3）微分部分 微分作用的強(qiáng)弱由微分時間Td決定。 越大，余差越小，但是若過分大，系統(tǒng)容易振蕩，甚至發(fā)散。其中，模糊PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點(diǎn)技術(shù)之一。因此還有相當(dāng)多的鍋爐特別是中小型鍋爐還在簡單的啟動停止的狀態(tài)下運(yùn)行，控制靠人工實(shí)現(xiàn)，這樣鍋爐運(yùn)行好壞完全依靠工人的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心。水位過高會影響汽包的汽水分離。因此，需要維持爐膛壓力在一定的范田之內(nèi)。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導(dǎo)管和負(fù)荷設(shè)備都是不利的。所以，在鍋爐運(yùn)行中必須保持過熱汽溫的穩(wěn)定性。只有在充分保證鍋爐安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境和運(yùn)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(yùn)行水平，使鍋爐實(shí)現(xiàn)熱效率高的狀態(tài)。鍋爐和工業(yè)爐窯年耗標(biāo)準(zhǔn)煤約3億噸以上，是國家的一個耗能大戶。摘 要本文首先分析了影響汽包水位的各種干擾因素，并對汽包水位的動、靜態(tài)特性進(jìn)行分析。s antiinterference ability and robustness better, can guarantee the stability of the water level, and can effectively solution can not be resolved with conventional PID false level problem.Finally, a brief introduction by the drum water level of several measurement methods and about the impact of measurement error, and the elimination method, through onsite example of the drum water level measurement solution to the problem of not allowed to reduce measurement error due to the water level to the negative drum water level impact.Key words: Drum water level、PID control、fuzzy PID control,、water level measurement error第一章 緒論 課題背景與意義目前，我國現(xiàn)有工業(yè)鍋爐幾十萬臺，各種工業(yè)爐窯十萬余臺。鍋爐是受火焰加熱且具有爆炸危險的特殊設(shè)備和壓力容器，其安全性尤為重要。過熱蒸汽溫度過低，降低汽輪機(jī)的效率，加劇對葉片的侵蝕。2 維持蒸汽壓力蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負(fù)荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標(biāo)，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。負(fù)壓太大，爐膛吸入冷風(fēng)量增大，增加引風(fēng)機(jī)的電耗和煙氣帶走的熱量損失。如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞或爆炸。因各回路之間的相互制約，控制效果也不近人意，并且設(shè)計(jì)復(fù)雜，造價高，這樣中小型用戶就難以負(fù)施。模糊控制己成為智能自動化控制研究中最為活躍而又富有成果的領(lǐng)域。由于控制器的輸出和偏差成正比例關(guān)系，所以系統(tǒng)存在殘余偏差——余差。這是系統(tǒng)過渡過程有可能產(chǎn)生振蕩，但消除靜差所需時間較短。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)ψ詣涌刂葡?