【正文】 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設(shè)計(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）的理論意義或?qū)鉀Q實(shí)際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)。 Conversely, low water, vaporizing too fast, boiler water supply shortage, the water wall burn out, and even cause an explosion. The boiler drum water level control and more plex, the existing false liq uid level, lagging, easily tested, and so on and that traditional control of it is difficult to reach a perfect control requirements. For boiler drum water level has false water level and control system with delay and plex, difficult to testing and other characteristics, and adopts the traditional PID control, the effect not beautiful, if not in time control, even can produce safety accidents. At the same time pared to current situation of the development of the fuzzy control, find the good adaptability, and robust, control precision higher advantage, so this paper in the traditional PID control idea introducing fuzzy control, improve the drum water level control system static and dynamic characteristics of the drum water level constant in certain limits, eliminate hidden dangers, realize the boiler drum water level of more accurate, more effective intelligent control. Key words: Boiler Drum Water Level Fuzzy Control Design Matlab PID 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 目 錄 前 言 .............................................. 1 第 1 章 鍋爐相關(guān)控制與前景 .............................. 2 第 節(jié) 概述 .......................................... 2 第 節(jié) 鍋爐設(shè)備的控制任務(wù) ............................. 2 第 節(jié) 研究狀況 ...................................... 3 第 2 章 鍋爐汽包水位的控制 .............................. 5 第 節(jié) 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性 ............................. 5 第 節(jié) 汽包水位的幾種常規(guī)控制方法 ..................... 7 第 3 章 模糊控制原理 ................................... 12 第 節(jié) 模糊控制的形成與提出 .......................... 12 第 節(jié) 模糊控制的優(yōu)缺點(diǎn) ............................. 13 第 節(jié) 模糊控制的基本原理 ............................ 14 第 4 章 鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 ............ 23 第 節(jié) 輸入輸出變量的選擇 ............................ 23 第 節(jié) 隸屬函數(shù)的選擇 ............................... 25 第 節(jié) 模糊規(guī)則表的建立 ............................. 26 第 節(jié) 合成推理算法 ................................. 29 第 節(jié) 模糊控制表 ................................... 32 第 節(jié) 控制參數(shù)的自整定 ............................. 34 第 5 章 模糊 PID 控制的 MATLAB 仿真 ...................... 35 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 節(jié) 仿真流程圖 ................................... 35 第 節(jié) 模糊控制器模塊的建立 .......................... 36 第 節(jié) 仿真模型的建立 ............................... 37 第 節(jié) 模糊 PID控制與常規(guī) PID 控制仿真的比較 ........... 39 結(jié) 論 ............................................. 43 參考文 獻(xiàn) ............................................. 44 致 謝 ............................................. 45 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 鍋爐是工業(yè)過程中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備為確保安全穩(wěn)定生產(chǎn)對鍋爐的自動(dòng)控制十分重要其中汽水位是一個(gè)非常重要的被控變量由于鍋爐的水位調(diào)節(jié)過程難以建立數(shù)學(xué)模型具有非線性不穩(wěn)定性時(shí)滯等特點(diǎn)傳統(tǒng)的鍋爐水位三沖量控制系統(tǒng)大都采用 PID控制其控制效果還可以進(jìn)一步提高而模糊控制不要求知道被 控對象的精確數(shù)學(xué)模型只需要操作人員的經(jīng)驗(yàn)知識及操作數(shù)據(jù)魯棒性強(qiáng)非常適合用于非線性滯后系統(tǒng)的控制但其靜態(tài)性能不能令人滿意限制了它的應(yīng)用為消除模糊控制的穩(wěn)態(tài)誤差采用 FuzzyPID控制是常用的一種方式 ，所以本論題具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，作為動(dòng)力和熱源的鍋爐，也向著大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。按照這些控制要求，鍋爐設(shè)備將有如下主要的控制系統(tǒng)： （ 1） 鍋爐汽包水位的控制。 （ 3） 過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。 所以說，鍋爐是一個(gè)多輸入多輸出且變量相互耦合并具有不確定時(shí)滯的復(fù)雜控制對象，傳統(tǒng)多采用 PID 控制方式，PID 具有結(jié)構(gòu)簡單、容易實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng)和能實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，但常規(guī) PID 控制是線性的，適應(yīng)于小慣性、小滯后的過程，當(dāng)把常規(guī)的 PID 控制應(yīng)用于非線性、大時(shí)滯、參數(shù)不確定的情況下時(shí)，很難獲得滿意的效果。 近年來，鍋爐熱工過程控制理論的研究工作已經(jīng)為其在火電廠中的應(yīng)用奠定了應(yīng)有的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為先進(jìn)控制的應(yīng)用提供的強(qiáng)有力的硬件和軟件平臺。如以此過熱蒸汽被用戶用來帶動(dòng)汽輪機(jī)，則因汽包內(nèi)的水量較少，而負(fù)荷很大，加快水的汽化速度，使汽包內(nèi)的水量變化速度很快，若不及時(shí)加以控制，有可能汽包內(nèi)的水將全部汽化，尤其對大型鍋爐，水在汽包內(nèi)的停留時(shí)間極短，從而導(dǎo)致水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。當(dāng)水位下氣泡容積的 變化過程逐漸平衡時(shí)，水位將因汽包中儲(chǔ)水量的增加而上升。通常τ在 15～ 100之間。從圖中可以看出， 當(dāng)蒸汽量加大時(shí)，雖然鍋爐的給水量小于蒸發(fā)量，但在一開始，水位 不僅 不下降反而迅速上升，然后再下降；反之，蒸汽流量突然減少時(shí)，則水位先下降，然后上升。在汽包水位控制中，常以汽包水位為被控制變量，以調(diào)節(jié)給水流量為控制手段。 （ 2） 對負(fù)荷變化不靈敏。 圖 雙沖量控制系統(tǒng) 上圖所示雙沖量控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)前饋（蒸汽流量）加單回路反饋控制的前饋 反饋控制系統(tǒng)。 雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是 ：調(diào)節(jié)作用不能及時(shí)反映給水側(cè)的擾動(dòng)，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時(shí)，不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)。在雙沖量水位調(diào)節(jié)中，對于給水量這種自發(fā)變化不能及時(shí)反映出來。 圖 前饋 — 反饋控制系統(tǒng) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 （ 2） 前饋 串級控制方式 前饋 串級控制方式的原理圖及方框圖如下所示，與前饋 反饋相類似，僅僅是將加法器位置由調(diào)節(jié)器前移至調(diào)節(jié)器后。在生活中，這種情況也很常見，如“天很熱”、“真漂亮”、“個(gè)子很高”、“水流很急”等等。 1980年， Tong等將模糊控制用于潛水處理過程，取得較好的效果。 （ 2） 由工業(yè)過程的定性認(rèn)識出發(fā)，比較容易建立語言控制規(guī)則，因而模糊控制對那些數(shù)學(xué)模型難以獲取，動(dòng)態(tài)特性不易用掌握或變化非常顯著的對象非常適用。由于量化因子和比例因子是固定的，當(dāng)對象參數(shù)隨環(huán)境的北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 變遷而變化時(shí)，它不 能對自己的規(guī)則進(jìn)行有效的調(diào)整，從而使其良好的性能不能得到充分的發(fā)揮。隨著近幾年日本、美國推出的專用模糊芯片，也可以選用。傳感器在模糊控制系統(tǒng)中占有十分重要的地位，它的精度往往直接影響整個(gè)控制系統(tǒng)的精度。其中，隸屬度函數(shù)由運(yùn)算的簡易程度及誤差要求多選用三角形、梯形或高斯形函數(shù)。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 (1)精確量的模糊化 模糊化的過程就是將精確的測量值轉(zhuǎn)化成模糊子集的過程。在控制系統(tǒng)中，觀測到的數(shù)據(jù)常常是清晰量，由于模糊控制器對數(shù)據(jù)的處理是基于模糊集合的模糊推理方法，所以對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化是必不可少的。 4） (2)知識庫的設(shè)計(jì) 知識庫包括數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫。對于每個(gè)語言變量，其取值的模糊集合具有相同的論域。當(dāng)論域連續(xù)時(shí)，隸屬度常常用三角形、梯形、高斯型函數(shù)等。 ?模糊控制規(guī)則的建立 目前模糊規(guī)則庫的建立大致有四種方法。 5） 權(quán)系數(shù) iw 表示對于給定輸入的第 i條模糊推理規(guī)則的可信度，其計(jì)算公式為)( 01 jpj iji ssw ??? ? ，即 p個(gè)輸入變量隸屬于第 i個(gè)對應(yīng)的模糊信函數(shù)中最小的隸屬度值。這里的專家經(jīng)驗(yàn)法是通過對專家控制經(jīng)驗(yàn)的咨詢形成控制規(guī)則庫。 （ 3） 精確化過程 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 模糊推理得到的是一個(gè)模糊集合，它反應(yīng)了控制語言不同取值的一種組合。 ② 重心法 重心法是取模糊隸屬度函數(shù)曲 線與橫坐標(biāo)面積的重心為模糊推理最終輸出值，即 ? ?? ????vvvvdvvdvvvv ??0 （ 3在模糊邏輯控制中，可以選擇和調(diào)整該系數(shù)來改善系統(tǒng)的享用特性。對于系統(tǒng)響應(yīng)的偏差 E、偏差變化率 EC分別具有一定的變化范圍， 將其變化率分別定義為模糊集上的論域。 1） iK = ? ?2 | |,| |f E EC ； （ 4 pK ， iK ， dK 的模糊規(guī)則表 （ 1） 比例系數(shù) pK 的模糊控制規(guī)則表 pK 增大時(shí)能減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高調(diào)節(jié)精度、提高響應(yīng)速度，但 pK 的增大同樣會(huì)使調(diào)節(jié)過程產(chǎn)生較大的超調(diào)，甚至出現(xiàn)不穩(wěn)定的振蕩；減小 pK 可減小超調(diào)，提高穩(wěn)定性，但 pK 過低也會(huì)使調(diào)節(jié)精度降低，響應(yīng)速度減慢，使調(diào)節(jié)時(shí)間 變長。由以上規(guī)律，可制定微分系數(shù)的模糊控制規(guī)則表： 表 微分系數(shù) dK 的模糊控制規(guī)則表 E EC NB NM NS ZO PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS ZO NS Z