【正文】 消除誤差為主；而當(dāng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主。 j =l )uAi(x)uBj(y)uCij(z) （ 37） 式中 x∈ X， y∈ Y， z∈ Z， ∧ 表示 MIN， ∨ 表示 MAX。當(dāng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制時(shí)，便于根據(jù)輸出的信息，從“文件”中查詢所需采取的控制策略。仿真步驟如下： （ 1）調(diào)用基本的 FIS編輯器，確定輸入、輸出變量 在 MATLAB下，輸入“ FUZZY”可打開 FIS編輯器，這時(shí)還沒有建立 FIS，通常 FIS編輯器默認(rèn)為 Mamdani型系統(tǒng)，并且假定系統(tǒng)為單輸入、單輸出。類似的方法用于建立 ec和 u的隸屬函數(shù)。鑒于現(xiàn)有試驗(yàn)室的條件以及今后現(xiàn)場試驗(yàn)做一個(gè)完善和充分的準(zhǔn)備，我們可以利用仿真軟件進(jìn)行前期調(diào)試，通過前期調(diào)試可以收集數(shù)據(jù)并針對(duì)仿真結(jié)果作進(jìn)一步的改進(jìn)。 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 27 頁 共 50 頁 根據(jù)最大最小值定理分別確定△ Kp，△ Ki，△ Kd在論域中不同區(qū)段內(nèi)的隸屬度，再根據(jù)輸出語言變量的隸屬度函數(shù)運(yùn)用重心法進(jìn)行模糊推理和運(yùn)算，得到這3個(gè)修正參數(shù)的精確整定值。 擾動(dòng)性分析 一個(gè)控制系統(tǒng)抗干擾能力，一定程度上也可以表現(xiàn)系統(tǒng)的控制效果，現(xiàn)在從兩種控制方案的抗干擾能力上，對(duì)系統(tǒng)的控制效果進(jìn)行比較。對(duì)于實(shí)際工程系統(tǒng)，人們最關(guān)心的問題是一個(gè)控制系統(tǒng)當(dāng)其模型參數(shù)發(fā)生大幅度變化或其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時(shí)能否仍保持漸近穩(wěn)定，這叫穩(wěn)定為品質(zhì)魯棒性。本文首先針對(duì)引起鍋爐床溫變化的因素，采用目前鍋爐床溫所采用的模糊控制器在本文中根據(jù)鍋爐床溫控制對(duì)象的特點(diǎn)，提出模糊控制的鍋爐床溫控制系統(tǒng)。要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，控制策略還需要作進(jìn)一步地深入研究，并有待于在實(shí)際生產(chǎn)中加以檢驗(yàn)。在利用 MATALAB仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的兩種控制方案進(jìn)行仿真研究之后，我們可以看出，模糊控制技術(shù)的優(yōu)越性。 各調(diào)節(jié)器參數(shù)保持不變，設(shè)定輸入 r=1,，當(dāng)控制對(duì)象的時(shí)間常數(shù) T 分別為 50、100、 150 時(shí)的仿真 曲線如圖 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 31 頁 共 50 頁 圖 時(shí)間常數(shù) T變化曲線 由上述兩圖可見，改變被控對(duì)象時(shí)間常數(shù) T，系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行，滿足不同工況的控制要求，魯棒性比較強(qiáng)。但是模糊控制消除擾動(dòng)的時(shí)間顯然短于常規(guī) PID 控制。式中 Kp,0， Ki,0， Kd,0為模糊粗調(diào)控制計(jì)算出的控制器參 數(shù)的初值。通過已有的參考文獻(xiàn)分析，得出循環(huán)流化床鍋爐床溫的數(shù)學(xué)模型為 (211)[14]。 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 23 頁 共 50 頁 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 24 頁 共 50 頁 圖 隸屬函數(shù)的編輯 （ 3）編輯模糊控制規(guī)則 雙擊 FIS編輯器中間的圖標(biāo)，打開規(guī)則編輯器。操作為：點(diǎn)擊系統(tǒng)的輸入框 (input1或 input2)，在 GUI右下角空白處修改輸入框的名稱，這里輸入為 e與 ec，輸出為 u。除了常用的矩陣運(yùn)算， MATLAB 還提供了類似于其它編程語言的特性。 R （ 38） u e NB NM NS ZE PS PM PB ec NB 6 6 4 2 2 0 0 NM 6 6 4 2 2 0 2 NS 4 4 4 2 0 2 2 ZE 4 4 2 0 2 4 4 PS 2 2 0 2 2 4 4 PM 2 0 2 4 4 4 6 PB 0 0 4 4 4 6 6 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 20 頁 共 50 頁 U的隸屬函數(shù)為： uU (z ) = ∨ uA(x) ∧ uB(y) ∧ uC(z ) （ 39） x ∈ X y ∈ Y 設(shè)論域?yàn)椋? X={x1， x2， ， xn}； Y={y1， y2， ， ym}； Z={z1， z2， ， zl} 則 X、 Y、 Z上的模糊集分別為一個(gè) n、 m、 l元的模糊向量，而描述控制規(guī)則的模糊關(guān)系 R為一個(gè) n m行 l列的矩陣。只有選擇適當(dāng)?shù)牡目刂埔?guī)則，才能很好的體現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)操作人員的控制策略，以獲 得較好的控制效果，既能保證響應(yīng)的快速性，又能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，根據(jù)多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，模糊控制器采用如下的形式的控制規(guī)則： If e=iA and ce=iB Then u= PIDu else u= FZu(i=1,2,...,n) (34) 其中iA,iB及 iC分別為 e， ec 和 u 的模糊子集。 變量 e ec U 語言變量 E Ec U 基本論域 【 30176。 1974年英國馬丹尼 (Mamdani)首先將模糊控制用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，實(shí)用效果良好。在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，Ti 太大時(shí)，消除靜差太慢 ； Ti 太小，系統(tǒng)不穩(wěn)定。下面對(duì) PID 控制規(guī)律和參數(shù)變化對(duì)系統(tǒng)性能的影響進(jìn) 行分析。 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān) 系。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。它的絕大部分功能都是由計(jì)算機(jī)程序來完成的。 （ 1）模糊化接口 (Fuzzy interface)模糊控制器的輸入必須通過模糊化才能用于控制輸出的求解，因此它實(shí)際上是模糊控制器的輸入接口。當(dāng)床溫發(fā)生變化時(shí)，首先要根據(jù)變化的趨勢相應(yīng)調(diào)節(jié)給煤量，然后就是調(diào)節(jié)送風(fēng)量，但由于送風(fēng)系統(tǒng)頻繁 調(diào)節(jié)不利于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定，所以要考慮通過給煤調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)對(duì)床溫的控制。床溫誤差 e和床溫誤差變 化率 ec作為模糊控制器的輸入變量，模糊控制器的輸出變量 u控制給煤機(jī)轉(zhuǎn)速， Y是過程輸出，即輸出變量的采樣值。模糊控制器的基本 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 50 頁 結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)控制框圖如圖 。一般而言，模糊控制器的設(shè)計(jì)一般大致可分為三部分，首先將精確的輸入量模糊化，通過隸屬函數(shù)的建立，完成精確的數(shù)學(xué) 量到模糊的語言變量的的轉(zhuǎn)換，隸屬函數(shù)通常采用三角函數(shù)，正態(tài)分布函數(shù)等，以符合人的思維方式。即： △ T=TBTB0 （ 22） 由于 FsgCpg遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于 mbCPU，所以推導(dǎo)時(shí)可以將前者省略。另外床體內(nèi)的碳和 揮發(fā)份的燃燒產(chǎn)生大量能量；其中 Fg1(m3/s)為離開流化床床體進(jìn)入懸浮段的煙氣流量， CPA(kJ/m3這種氣固運(yùn)動(dòng)方式中存在較大的氣固兩相速度差，即相對(duì)速度。流態(tài)化是一個(gè)極為復(fù)雜的現(xiàn)象，尤其是氣固流態(tài)化。 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 5 頁 共 50 頁 2 循環(huán)流化床鍋爐原理 循環(huán)流化床工作原理 循環(huán)流化床燃燒是一種燃燒化石燃料、廢物和各種生物質(zhì)燃料的燃燒技術(shù)。 本課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn) （ 1）針對(duì)控制要求，設(shè)計(jì)循環(huán)流化床鍋爐床溫控制系統(tǒng)總體方案； 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 第 4 頁 共 50 頁 （ 2）根據(jù)床溫控制要求，設(shè)計(jì)模糊控制算法； （ 3） 利用 MATLAB 建立仿真模型，研究控制算法的性能，并與常規(guī) PID 控制 進(jìn)行比較。目前一般將循環(huán)流化床鍋爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)分成幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的控制系統(tǒng)，主要包括以下主要控制回路： （ 1） 汽包水位控制回路； （ 2） 過熱汽溫控制回路； （ 3） 主蒸汽壓力控制回路； （ 4） 床溫控制回路； （ 5） 床層高度控制回路； （ 6） 二級(jí)返料回料控制回路； （ 7） 爐膛負(fù)壓控制回路； （ 8） 煙氣含氧量控制回路； （ 9） 煙氣含 S02量控制回路 。沒有外置式熱交換器的循環(huán)流化床鍋爐結(jié)構(gòu)比較簡單、緊湊、節(jié)省材料，因此得到較廣泛的應(yīng)用。循環(huán)流化床鍋爐控制難度更大要求更高。其中，帶有外置式熱交換器的循環(huán)流化床鍋爐有：魯奇循環(huán)流化床鍋爐， ABB— CE型循環(huán)床鍋爐和福斯特惠勒循環(huán)流化床鍋爐；不帶外置式熱交換器的循環(huán)床鍋爐主要有 Pyroflow循環(huán)流化床鍋爐和 Circofluid型循環(huán)硫化床鍋爐。它具有常規(guī)煤粉爐所沒有的優(yōu)點(diǎn)：燃燒效率高，燃料適應(yīng)性廣，低污染燃燒，脫硫效率高，燃燒熱強(qiáng)度大，爐膛體積小，床內(nèi)傳熱系數(shù)高，負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好 ，灰渣可綜合利用。 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘 要 循環(huán)流化床鍋爐具有燃料適應(yīng)性廣、截面熱強(qiáng)度高、污染物排放少、鍋爐負(fù)荷適應(yīng)性高、燃料制備系統(tǒng)相對(duì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。s advantage and disadvantage are simulation is result shows that synthetically fuzzy controller can provide US a better control quality,robust,speediness than the general PID control system． Key words： boiler furnace pressure； pid control； fuzzy pid control； simulation 目 錄 1 緒論 ............................................................................................................................ 1 課題研究的背景和意義 ................................................................................. 1 循環(huán)流化床燃燒控制的特點(diǎn) ......................................................................... 2 本課題設(shè)計(jì)的目的 ......................................................................................... 3 本課題設(shè)計(jì)的重點(diǎn)與難點(diǎn) ............................................................................. 3 重點(diǎn) ...................................................................................................... 3 難點(diǎn) ....................................................................................................... 4 本文內(nèi)容安排 ................................................................................................. 4 2 循環(huán)流化床鍋爐原理 ................................................................................................ 5 循環(huán)流化床工作原理 ..................................................................................... 5 床溫控制模型床溫被控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性 ......................................................... 6 床溫被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性分析 ..................................................................... 8 3 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......