【正文】 則輸入偏差對應的模糊論域為：E={8，7，6，5，4，3，2，1，0，1，2，3，4，5，6，7，8}設輸入偏差的變化用模糊語言變量的模糊集EC表示，即:EC={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}對應的模糊論域為:EC={8，7，6，5，4，3，2，1，0，l，2，3，4，5，6，7，8}設控制量的變化用模糊語言變量的模糊集U表示，即:U={NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}其中，NB表示水閥關得很快，NM表示水閥關得快，NS表示水閥關得有點快，ZE表示水閥保持正常開度，PS表示水閥關得有點慢，PM表示水閥關得慢，PB表示水閥關得很慢。因此，當EC為負時水位又上漲趨勢，如果此時水位為高，則應關閉水發(fā)以減小入水量，使水位降下來；反之，開大水閥。當水位y(k)高于yr(k)時，即實際水位高于給定水位，偏差為“負”，水位高得越多則偏差負得越大；相反，y(k)低于yr(k)時，即實際水位低于給定水位，偏差為“正”，水位低得越多，則偏差正得越大。此外，這種方法只適用于二階以上的高階對象，或是一階加純滯后的對象，否則，在純比例控制情況下，系統(tǒng)將不會出現(xiàn)等幅振蕩，因此，這種方法也就無法應用了。對于隨動系統(tǒng)，取n=10：1，同時測出振蕩周期Ts。然后根據(jù)各調節(jié)參數(shù)對系統(tǒng)響應的大致影響，反復湊試參數(shù)，以達到滿意的系統(tǒng)響應，從而確定PID調節(jié)參數(shù)。模糊邏輯工具箱提供了模糊邏輯控制器及系統(tǒng)設計的各種途徑。Simulink提供了用鼠標“畫”出系統(tǒng)框圖的方式，可以行圖形建模。根據(jù)上述步驟，再結合設計系統(tǒng)的實際情況，就可以設計出滿足需要的模糊PID控制系統(tǒng)。④確定模糊控制規(guī)則。 模糊PID控制器的基本結構 模糊PID控制器主要由純模糊控制器和PID控制器組成。通過對人在進行控制器參數(shù)調整時思維方式的分析，產生了一些控制方法例如：模糊自適應PID參數(shù)控制器；多模態(tài)模糊PID控制原理等方法。控制規(guī)則的選擇、論域的選擇、模糊集的定義、量化因子的選取多采用湊試法，這對復雜系統(tǒng)的控制是難以奏效的[17]。(2) 對于具有一定操作經驗、但非控制專業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。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。輸出控制量的比例因子由下式確定： (39)對輸出而言的比例因子起比例作用。中位數(shù)法就是把模糊集中位數(shù)作為系統(tǒng)控制量。常用的模糊推理方法是最大最小推理。建立模糊控制規(guī)則的常用方法是經驗歸納法。此外，為了按照一定的語言規(guī)則進行模糊推理，還要事先確定輸出量的隸屬函數(shù)。工業(yè)上典型的被控對象是各種各樣的生產設備實現(xiàn)的生產過程，從數(shù)學模型的角度講，它們可能是單變量或多變量的，可能是線性的或是非線性的，可能是定常的或時變的，可能是一階的或高階的，可能是確定的或是隨機過程，當然也可能是混合有多種特性的過程。 模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制屬于計算機數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)。如煉鋼爐的冶煉過程、工業(yè)鍋爐的燃燒過程等等。模糊控制系統(tǒng)的結構和一般的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)沒有多大區(qū)別，只是用模糊控制器取代了傳統(tǒng)的控制器。因此常常采用折中的辦法整定控制器參數(shù)，這樣得到的控制效果顯然不是最佳的。 PID控制的優(yōu)缺點PID控制的特點，使它在過程控制中有很多優(yōu)點：第一，PID控制的原理簡單，參數(shù)物理意義明確，理論分析體系完整且應用經驗豐富，使用起來比較方便；第二，PID控制對于大多數(shù)過程都具有良好的控制效果和魯棒性；第三，在過程控制中的適應性強，在多種生產部門都得到應用，在生產過程控制發(fā)展歷程中，盡管控制器的實現(xiàn)幾經換代，但基本的控制功能仍然是PID控制。 在計算機中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。積分時間TI，對積分部分的作用影響極大。 PID控制器的結構PID控制器的基本控制規(guī)律有比例、積分和微分等幾種，工業(yè)上所用的控制規(guī)律是這些基本規(guī)律之間的不同組合。（3）現(xiàn)在，隨著微處理器性價比的不斷提高，一些優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制的復雜控制算法能夠得到實現(xiàn)，而且控制技術的迅速發(fā)展導致了控制系統(tǒng)的組合化。，一是由給水流量W、給水分流器a w組成的內回路。針對這個問題，三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎上，又引進了給水量信號控制。因而大大減小了給水量和液位的波動，縮短了過渡過程的時間。如圖 汽包液位單沖量控制原理圖及方框圖 圖 汽包液位單沖量控制原理圖及方框圖單沖量汽包水位控制系統(tǒng)存在兩個主要問題:(1)當鍋爐蒸汽負荷變化很大時，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調節(jié)過程一開始水位“虛假”上升而減少給水量，這個錯誤舉動反而擴大了汽包進出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動幅度增大，降低了調節(jié)質量。造成“虛假液位”的原因有兩個：(l)鍋爐蒸汽負荷增加使爐膛和汽包中汽水混合物的汽、水比例發(fā)生變化(汽容積增加)而引起汽包水位上升，這是引起汽包“虛假液位”的主要原因。當蒸汽流量突然增加時，若單從物料不平衡角度考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，液位應當直線下降。這時，雖然給水量增加，但水位基本不變。 汽包水位的動態(tài)特性維持鍋爐汽包水位在規(guī)定的范圍內是保證鍋爐安全生產運行的必要條件，也是鍋爐正常生產運行的主要指標之一。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、如果該蒸汽作為汽葬機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性和經濟性。隨著科學技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代鍋爐要向蒸發(fā)量大，汽包容積相對減小的方向發(fā)展。因此，只要將他們的操作經驗和知識正確地進行歸納、總結，找出相應的模糊控制規(guī)則，就可以在此基礎上建立汽包水位模糊控制系統(tǒng)。這個調節(jié)器接受三個輸入調節(jié)信號：汽包水位作為主沖量信號，蒸汽流量作為前饋信號，給水流量作為內反饋信號。加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。但應用最活躍的是模糊控制。因此，常規(guī)的PID控制器難以獲得良好的控制效果。如果水位過低，則由于汽包內的水量較少，而負荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包內的水全部汽化，導致鍋爐燒壞或爆炸；水位過高會影響汽包的汽水分離。如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴火，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設備與操作人員的安全。液位過高會影響汽水分離，產生汽帶水現(xiàn)象；液位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導致重力事故。其中壓力、水位、溫度是鍋爐運行質量的重要指標，水位過高會影響汽水分離，產生汽帶水現(xiàn)象；水位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導致重大事故。 fuzzy control。鍋爐水位控制系統(tǒng)是鍋爐生產控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。涉密論文按學校規(guī)定處理。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。傳統(tǒng)的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)大都采用PID控制。尤其是在現(xiàn)代化的石油化工企業(yè)里，熱力站的設立可以使工藝生產過程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不僅能為反應器﹑蒸餾塔﹑換熱器以及其他設備提供熱源，而且還可以為生產過程中的風機﹑壓縮機﹑泵類驅動提供動力來源。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道及汽輪機的高壓部分金屬損壞；過熱蒸汽溫度過低，降低汽輪機的效率，加劇對葉片的侵蝕。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導管和負荷設備都是不利的。4．維持過熱蒸汽溫度恒定為了保證汽輪機正常工作，必須保證過熱蒸汽溫度恒定，汽溫過高或過低都會影響汽輪機的安全運行，所以過熱蒸汽溫度是影響安全的重要參數(shù)，一般要求溫度變化保持在士5℃的范圍之內。鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行具有重要意義。因此研究適應性很強的模糊控制理論，以及它在鍋爐水位系統(tǒng)中的應用是有非常重要意義的，不僅可以豐富完善模糊控制的理論體系，而且有廣泛的應用前景。 控制方法的分類在鍋爐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)。當給水量擾動時，調節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調節(jié)。首先，通過研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐汽包水位控制特性與鍋爐的給水流量和蒸汽流量有關。對鍋爐生產如果操作不合理，管理不善，處理不當，往往會引起事故，因此，鍋爐的安全問題是一項非常重要的問題，必須引起高度重視。無論滿水或缺永都會造成事故。(2)鍋爐容量的增大，顯著地提高了鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負荷，使鍋爐負荷變化對水位的影響加劇了。引起水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。因此，當把汽包和給水看做單容無自衡對象時，水位響應曲線應為一條直線。汽泡體積膨脹而使水位變化的曲線如圖2中H2所示，實際水位曲線H是H1和H2的迭加。當蒸汽負荷量突然減小時，則汽包水位變化的情況相反，先降后升。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。 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。因此一般采用單沖量調節(jié)方法就可以滿足生產運行的要求，但是單沖量調節(jié)方法不能克服虛假水位對水位控制的不良影響，當蒸汽量大幅度增加時，由于假水位上升，調節(jié)器輸出信號不但不去開大調節(jié)閥增大給水流量，以維持物料平衡，反而去關小調節(jié)閥，減小給水流量，等到假水位消失后，水位將更加迅速下降，在外擾作用下必將引起水位發(fā)生較大幅度波動。 汽包液位三沖量控制原理圖及方框圖本文就是采用這種三沖量的控制方式，將蒸汽流量作為前饋信號，把給水流量作為控制信號，組成汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)，同時考慮到傳統(tǒng)PID控制對汽包運行中出現(xiàn)的“虛假水位”嚴重時控制不夠及時，所以將模糊控制器和模糊PID控制器應用到該鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)工業(yè)鍋爐汽包水位的定值控制。微處理器的出現(xiàn)對PID控制器產生了重大影響，實際上今天幾乎所有的PID控制器都是建立在微處理器基礎上。PID控制規(guī)律由比例、積分、微分三部分組成。微分部分的作用強弱由微分時間TD決定。 PID控制是迄今為止最通用的控制方法。第二，PID控制器參數(shù)一旦整定完畢，便只能固定地適用于一種工況。在實際生產過程中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行環(huán)境的適應性較差。把誤差信號e的精確量進行模糊化轉變成模糊量。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??；若液位快接近要求的液位，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。：由圖可以看出，模糊控制器主要由四個基本部分組成，即模糊化、知識庫、模糊推理、解模糊。在模糊化接口和解模糊接口進行模糊化和解模糊時，數(shù)據(jù)庫也向它們提供相應論域的必要數(shù)據(jù)。模糊控制器控制規(guī)則的設計原則是：當誤差較大時，控制量的變化應盡量使誤差迅速減少；當誤差較小時，除了要消除誤差外，還要考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性，防止系統(tǒng)產生不必要的超調，甚至振蕩。判決的方法很多，目前較常用的有下列四種：①重心法重心法是取模糊隸屬函數(shù)曲線與橫坐標所圍面積的重心作為代表點。模糊控制器正是根據(jù)以上的原理和方法,借助于微機、單片機或其它的數(shù)字系統(tǒng)來實現(xiàn)的控制系統(tǒng)[4]。Ke選的較大時，系統(tǒng)的超調也較大，過渡過程較長。這是因為他們擁有日積月累的豐富經驗。根據(jù)不同的要求出發(fā)，可以設計出幾個不同的指標函數(shù)，但是對于一個給定的系統(tǒng)而言，其語言是分別獨立的控制規(guī)則。 模糊PID控制雖然模糊控制器和PID調節(jié)器相比，具有更快的響應和更小的超調，而且對過程參數(shù)的變化不敏感(即具有很強的魯棒性)，能夠克服非線性因素的影響，但模糊控制器受到計算機存儲量的限制只能取得有限的控制等級，限制了模糊控制精度的提高，因此被認為是粗糙的控制器。PID調節(jié)器的輸出值u到鍋爐給水流量調節(jié)器。： 模糊PID控制器的設計步驟有了前面的理論基礎，就可以根據(jù)需要設計出適用的模糊PID控制器，下面簡要說明模糊PID控制器的設計步驟：①確定模糊控制器的輸入、輸出變量，從而也就確定了模糊控制器的維數(shù)。⑤求出模糊控制表。之后控制學者們注意到了它特有的矩陣處理功能，并發(fā)現(xiàn)了用于控制理論研究的功能豐富的控制系統(tǒng)專用工具箱和結構圖程序設計的SIMULINK仿真環(huán)境，使得MATLAB語言成為控制界計算機輔助設計的有利工具。它簡化了設計過程，減了設計負擔，提高了仿真的集成化和可視化程度。它的windows中提供了建立系統(tǒng)模型所需的大部分類型方塊。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，同時觀察被控變量的變化情況。 三沖量仿真曲線圖 經湊試，參數(shù)確定為：=235，KI =110，KD =85設定值為10。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