【正文】 快，精度高和魯棒性強的特點。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域。它是應用最廣泛的一種控制器。當TI較大時，則積分作用較弱，這時，有利于系統(tǒng)減小超調，過渡過程不易產生震蕩，但是消除靜差所需的時間較長，當TI較小時，則積分作用較強，這時系統(tǒng)過渡過程中有可能產生震蕩，但消除靜差所需的時間較短。當采樣周期很短時，用求和代替積分，用差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連續(xù)時間PID算法的微分方程變?yōu)槊枋鲭x散時間PID算法的差分方程，數(shù)字PID位置型控制算式，如下式所示： (25)式中：u(k)——k采樣周期時的輸出； e(k)——k采樣周期時的偏差； Ts——采樣周期。模糊控制系統(tǒng)是以模糊集合化、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎的一種計算機數(shù)字控制系統(tǒng)。雖然常規(guī)自適應控制技術可以解決一些問題，但范圍是有限的。可以把人的經驗用模糊條件語句表示，然后用模糊集合理論對語言變量進行量化，再用糊推理對系統(tǒng)的實時輸入狀態(tài)進行處理，產生相應的控制決策。如人工控制水槽液位的經驗可以表達為：若水槽無水或水較少時，則開大水閥；若液位和要求的液位相差不太大，則把水閥關?。蝗粢何豢旖咏蟮囊何?，則把閥門關得很??；．．．這些經驗規(guī)則中，“較小” 、“不太大” 、“接近” 、“開大” 、“關小” 、“關得很小”這些表示液位狀態(tài)和控制閥門動作的概念都帶有模糊性，這些規(guī)則的形式正是模糊條件語句的形式，可以用模糊數(shù)學的方法來描述過程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關系，又可以根據(jù)這種模糊關系及某時刻過程變量的檢測值(需化成模糊變量)用模糊邏輯推理的方法得出此刻的控制量。而在模糊控制理論中，則采用基于模糊控制的知識表示和規(guī)則推理的語言型“模糊控制器” ，這也是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別于其他自動控制系統(tǒng)的特點所在。由于模糊控制規(guī)則是總結操作人員控制經驗得到的，所以，選擇的變量應當是操作人員能觀察到的變量。每一個限定碼表示論域內的一個模糊子集，并由其隸屬度函數(shù)來定義。這些概念都是建立在經驗和工程判斷的基礎上的，其定義有一定的主觀性。4. 反模糊化過程通過模糊推理得到的結果是一個模糊集合。但是，它往往會導致隸屬函數(shù)不同而中位數(shù)相同的現(xiàn)象，無法突出主要信息，這顯然不合理。輸出控制量的比例因子由下式確定： (210)對輸出而言的比例因子起比例作用。輸出控制量的比例因子Ku作為模糊控制器總的增益，它的大小影響著控制器的輸出，Ku選擇過小會使動態(tài)響應過程變長，而Ku選擇過大會使系統(tǒng)振蕩加劇。目前，模糊控制的設計尚缺乏系統(tǒng)性，無法定義控制目標。二者的轉換閾值根據(jù)事先給定的偏差范圍自動實現(xiàn)。無論滿水或缺永都會造成事故。 (34)ΔD——蒸汽負荷量。因此，實際的液位曲線為H1+H2，即為圖中的H。這里的沖量指的是變量。如果引入蒸汽流量來校正，就構成了雙沖量控制系統(tǒng)。 雙沖量調節(jié)存在的問題是：調節(jié)作用不能及時反映給水側的擾動。當負荷變化時，液位可以保持無差。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察系統(tǒng)的響應，直至得到過渡時間短、超調小的響應曲線。然后使δ由大往小逐步改變，并每改變一次δ值，通過改變給定值給系統(tǒng)施加一次階躍干擾，同時觀察被控變量yu的變化情況。截止到2005年，、該軟件的應用越來越廣。交互式的模型輸入與仿真環(huán)境SIMULINK工具箱是MATLAB軟件的擴展，主要用于動態(tài)系統(tǒng)的仿真。本節(jié)討論純模糊控制方式的特點。輸出控制量對應閥門開度變化，閥門開大為“正” ，表明注水量加大；反之，則閥門關閉為“負” 。因此，當EC為負時液位有上漲趨勢，如果此時液位為高，則應關閉水閥以減小入水量，使液位降下來；反之，開大水閥。6．模糊輸出的反模糊方法通過模糊推理得到的結果是一個模糊集合。(2) 中位數(shù)判決法計算隸屬函數(shù)曲線同橫坐標軸圍成區(qū)域的面積，取1/2面積處橫軸坐標為決策值的方法叫做中位數(shù)法。當然，這些工具實質都是由開發(fā)者為MATLAB用戶編寫的M文件或S函數(shù)組成的。由仿真曲線可以看出，最大超調量為38%，過渡過程較為平穩(wěn)。從多模態(tài)控制系統(tǒng)的仿真曲線可以看出，多模態(tài)控制方案下，系統(tǒng)的最大超調量為17%，過渡時間為30個單位時間，基本消除了系統(tǒng)的余差，過渡過程更為平穩(wěn)。首先通過研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐汽包液位控制特性與鍋爐的給水流量和蒸汽流量有關。即在單沖量系統(tǒng)的基礎上引入了蒸汽流量信號。從仿真結果我們看到，模糊控制有較好的魯棒性。在此，我向在這個過程中給予我?guī)椭椭笇У睦蠋熗瑢W說一聲謝謝!。但模糊控制的控制作用較粗糙，使得穩(wěn)態(tài)控制精度較低。是在雙沖量系統(tǒng)的基礎上再引入給水流量信號而構成。當蒸汽流量與給水流量不平衡時，會產生“虛假液位”現(xiàn)象。(2)當控制對象參數(shù)發(fā)生改變時，多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)較快平穩(wěn),取得較好的控制效果，說明多模態(tài)模糊PID控制的魯棒性好。 多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)的設計 汽包液位的多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)中，考慮到PID控制器是在小誤差范圍內工作，為提高響應速度，適當增加積分部分的系數(shù)。1．進入仿真界面進行仿真時，首先雙擊MATLAB軟件的快捷圖標，然后打開SIMULINK模塊，按ctrl+N聯(lián)合鍵就可以建立一個仿真界面。但是，它往往會導致隸屬函數(shù)不同而中位數(shù)相同的現(xiàn)象，無法突出主要信息，這顯然不合理。在推理得到的模糊集合中取一個能最佳代表這個模糊推理結果可能性的精確值的過程就稱為反模糊化過程。5．模糊推理系統(tǒng)的選擇最常見的模糊推理系統(tǒng)是具有模糊產生器和消除器的模糊邏輯系統(tǒng)(Mamdani)型。設輸入偏差用模糊語言變量的模糊集E表示，即：E={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}其中NB表示實際液位比給定液位很高，NM表示實際液位比給定液位高，NS表示實際液位比給定液位有點高，ZE表示實際液位于給定液位相等，PS表示實際液位比給定液位有點低，PM表示實際液位比給定液位低，PB表示實際液位比給定液位很低。模糊控制不需要事先知道對象的數(shù)學模型，具有系統(tǒng)響應快、超調小、過渡過程時間短等優(yōu)點。用戶只需用鼠標器選擇所需模塊在模型窗口上“畫出”模型(雙擊任何模塊，即可代開該功能塊來完成參數(shù)的設定)，然后用鼠標器將它們連接起來，就可以構成一個系統(tǒng)的框圖描述，亦即得出系統(tǒng)的SIMULINK描述。 關于SIMULINKSIMULINK是MATLAB環(huán)境下的數(shù)字仿真工具，是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的集成環(huán)境。出現(xiàn)臨界振蕩過程的比例度δk稱為臨界比例度，臨界振蕩的周期則稱為臨界周期。整定時首先置積分時間TI為一較大值，并將第一步整定得到的比例系數(shù)略為縮小，然后減小積分時間，在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，使靜差得到消除。第四章 鍋爐汽包液位PID控制系統(tǒng)設計及仿真研究 汽包液位的PID控制系統(tǒng)設計 汽包液位的PID控制系統(tǒng)的建立通過對實際系統(tǒng)的分析，采用三沖量控制系統(tǒng)有利于消除系統(tǒng)的時滯現(xiàn)象和虛假液位。 汽包液位雙沖量控制原理圖及方框圖 三沖量控制系統(tǒng)由于雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對液位的影響，因為當給水壓力波動時，給水流量相應變化，此時只有待液位發(fā)生變化后調節(jié)器才能起作用。圖中，G2為蒸汽流量擾動下汽包液位的傳遞函數(shù)。它引入汽包液位作為反饋量，是典型的單回路定值控制系統(tǒng)。 蒸汽流量作用下液位特性曲線蒸汽流量作用下液位變化的動態(tài)特性可表示為： (310)式中，Kf——響應速度，即蒸汽流量變化單位流量時，液位的變化速度，單位為毫米/秒或(噸/小時)。因此，液位曲線如圖中的H曲線，即當給水量作階躍變化后，汽包液位一開始不立即增加，而要呈現(xiàn)出一段起始慣性。 汽包液位的動態(tài)特性 汽包的流入量是給水流量W，流出量是蒸汽流量D，當給水量等于蒸汽量時，汽包液位就恒定不變，當給水流量大于蒸汽流量時，液位會上升，蒸汽中含帶的水分過多，會造成蒸汽管壁結垢，影響蒸汽輸出的品質，當給水流量小于蒸汽流量時，液位會下降，給水的蒸發(fā)速度加快，造成虛假液位，嚴重時會導致汽包干涸，甚至引發(fā)爆炸。多模態(tài)模糊PID控制充分利用了模糊控制的及時性和PID控制的精確性的優(yōu)點，實時改變其控制策略，使控制系統(tǒng)品質指標保持在最佳范圍內。另外，信息簡單的模糊處理將導致系統(tǒng)的控制精度降低和動態(tài)品質變差。 模糊控制的主要優(yōu)點 在實踐應用中，模糊控制具有許多傳統(tǒng)控制無法與之比擬的優(yōu)點，其中主要是: (1) 使用語言方法，可不需要掌握過程的精確數(shù)學模型。Ke過小，系統(tǒng)上升速度過小，可能造成系統(tǒng)產生震蕩，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。(3) 加權平均法加權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，即 控制決策值=[∑(等級值隸屬度)]/ ∑隸屬度 (28) 模糊論域、量化因子和比例因子的選擇 (1) 模糊論域和基本論域模糊控制器的輸入變量誤差、誤差變化的實際范圍稱為這些變量的基本論域，設誤差的基本論域為[emax，+emax]，誤差變化的基本論域為[ecmax，+ecmax]。在推理得到的模糊集合中取一個能最佳代表這個模糊推理結果可能性的精確值的過程就稱為反模糊化過程。用一系列模糊條件描述的模糊控制規(guī)則就構成模糊控制規(guī)則庫。 (a)三角形隸屬函數(shù)曲線 (b)對稱梯形隸屬函數(shù)曲線 (c)正態(tài)形隸屬函數(shù)曲線以正態(tài)形隸屬函數(shù)為例，它的函數(shù)表達式如式為： (27)當模糊集設計完成，則對于任一物理輸入X，映射的過程實際上是將當前的物理輸入根據(jù)模糊子集的分布情況確定出此時此刻輸入值對這些模糊子集的隸屬程度。根據(jù)模糊控制器輸入變量的個數(shù)，可分為一維模糊控制器，二維模糊控制器，三維模糊控制器等。 (2) 執(zhí)行機構：執(zhí)行機構是模糊控制器向被控對象施加控制作用的裝置，如工業(yè)控制過程中應用最普遍最典型的各種調節(jié)閥和變頻器。 由于模糊控制器的模型不是由數(shù)學公式表達的數(shù)學模型，而是由一組模糊條件語句構成的語言形式，因此從這個角度上講，模糊控制器又稱模糊語言控制器。 模糊控制的基本思想控制理論的發(fā)展和數(shù)學有著密切的關系，尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，這種關系就更為密切。因為人腦的重要特點之一就是有能力對模糊事物進行識別和判決，看起來似乎不確切的模糊手段常?？梢赃_到精確控制的目的。1980年，丹麥工科大學的Ostergara等對水泥窖進行模糊控制。 PID控制是迄今為止最通用的控制方法。微分部分的作用強弱由微分時間TD決定。PID控制規(guī)律由比例、積分、微分三部分組成。本文就是對模糊PID控制在鍋爐控制中的應用進行研究。神經網(wǎng)絡能夠對系統(tǒng)的輸入/輸出信息進行分析、捕捉、歸納，形成自處理的“自學習”功能，即能產生恰當?shù)哪：?guī)則和隸屬函數(shù)，以自動方式適應系統(tǒng)實時控制的需要。目前，一些科研人員運用以下控制理論來控制鍋爐：1．基于PID控制的鍋爐控制傳統(tǒng)的PID控制用在鍋爐控制中，原理簡單，易于實現(xiàn)，魯棒性較強，是應用最廣泛的控制方法，但是也存在局限性，超調量大，無法實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的精確控制。產生蒸汽帶水現(xiàn)象，會使過熱器管壁結垢導致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降、如果該蒸汽作為汽輪機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性和經濟性。負壓太小，爐膛吸入冷風量增大，增加引風機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。因此，必須對汽包液位進行自動調節(jié)，將其嚴格控制在工藝允許的范圍內。因此，必須對汽包液位進行自動調節(jié)，使液位嚴格控制在規(guī)定范圍內。關鍵詞：汽包液位；PID控制；糊控控制；FUZZYPID控制；仿真 The design and imitate resesrch of intellectual control system of boiler drum water levelAbstractThe boiler is absolutely necessary significant power plant of industry productions process such as the chemical industry，heatedible oil，generation of electrical energy，papermaking and refines sugar and so on．So，it is especially important to analyze and research the automatic control in the boiler installation．Segment that the boiler drum water level control is the most significant in the process of