【正文】 O NS NM NM NS NS ZO ZO ZO NS NS NS NS NS ZO PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO PM PB PS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB 第 節(jié) 合成推理算法 此系統(tǒng)為二維輸入三維輸出的模 糊控制系統(tǒng)，輸入分別為 E 和 EC,而輸出分別為PID 的三個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù) pK ， iK ， dK ，完成了對(duì)三者的模糊控制規(guī)則表的設(shè)計(jì)后，然后便要根據(jù)模糊理論進(jìn)行算法合成，求得相應(yīng)的 pK ， iK ， dK 的三個(gè)控制表。 通過(guò)式 ? ? ? ? ? ?22e x p 02xax?????????????與式 pK = ? ?1 | |,| |f E EC 求出 R。j=1,2,? ,n) （ 4 由此，可得到比例系數(shù) pK 的模糊規(guī)則： 表 比例系數(shù) pK 的模糊規(guī)則表 E EC NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS ZO NS NM NM NM NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB （ 2） 積分系數(shù) iK 的模糊規(guī)則表 通常積分調(diào)節(jié)主要用于消除和控制靜態(tài)誤差，同 時(shí)，由于飽和和非線性等原因，使得控制過(guò)程初期出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，使調(diào)節(jié)過(guò)程出現(xiàn)較大超調(diào)。 3） 通過(guò)以上關(guān)系完成對(duì)控制器中 pK ， iK ， dK 的參數(shù)的整定，實(shí)現(xiàn)模糊控制。模糊子集為： E， EC, pK ， dK ，iK ={NB,NM,NS,ZO,PM,PB}. 量化因子的選擇： 誤差的量化因子 eK 為： eK =n/ex ； 誤差變化率的量化因子 ecK 為： ecK =n/ ecx ； 輸出控制量的比例因子 uK 為： uK = uy /n； 其中 ex 為誤差， ecx 為誤差變化率， uy 為輸出控制量， n為論域值。通常，對(duì)于汽包水位的控制多采用 PID 控制算法，實(shí)踐告訴我們，其效果并不是太令人滿意。 10） 與最大隸屬度法相比較，重心法具有更平滑的輸出推理控制。非模糊化運(yùn)算，又稱去模糊化、清晰化運(yùn)算等，常用的方法有以下三種： ①最大隸屬度函數(shù)法：在取所有規(guī)則推理結(jié)果的模糊集合中隸屬度最 大的那個(gè)元素作為輸出值。與傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)相比，基于專家經(jīng)驗(yàn)法構(gòu)成的模糊控制規(guī)則器需要一些內(nèi)涵的和客觀的準(zhǔn)則。 盡管 模糊推理方程式是線性的，但它們能表示高度非線性的輸入輸出函數(shù)關(guān)系?；谀：Ｐ偷目刂埔?guī)則庫(kù)建立健全有很多方法，從理論上來(lái)說(shuō)，這些方法都具有好的性能和較小的計(jì)算量。用一系列模糊條件描述的模糊控制規(guī)則就構(gòu)成模糊控制規(guī)則庫(kù)。一般選用“大、中、小”三個(gè)詞匯來(lái)表示 模糊控制器的輸入輸出變量的狀態(tài)，加上正、負(fù)兩個(gè)方 向并考慮零狀態(tài)，共有七個(gè)詞匯。數(shù)據(jù)庫(kù)還提供模糊邏輯推理必要的數(shù)據(jù)、模糊化接口和精確化計(jì)算接口相關(guān)論域的必要數(shù)據(jù)，包含了語(yǔ)言控制規(guī)則論域的離散化、量化和正則化以及輸入空間的分區(qū)、隸屬度函數(shù)的定義等。這種模糊方法只是形式上將清晰量轉(zhuǎn)變成了模糊量，而實(shí)質(zhì)上表示的仍然是準(zhǔn)確量。理論上講，控制的精細(xì)程度與維數(shù)的高低成正比，維 數(shù)越高，控制越精細(xì)，控制效果也會(huì)越好，但維數(shù)和高低同樣也會(huì)影響控制規(guī)則的復(fù)雜程度，控制算法實(shí)現(xiàn)的難易程度，當(dāng)維數(shù)太高時(shí)，控制變成難以實(shí)現(xiàn)，所以，合理的選擇模糊控制的維數(shù)是很重要的，目前人們多用的設(shè)計(jì)為二維模糊控制器。通過(guò)一組模糊條件語(yǔ)句構(gòu)成模糊控制規(guī)則，并計(jì)算由模糊控制規(guī)則決定的模糊關(guān) 系，實(shí)際上就是構(gòu)造合適的模糊控制算法。 模糊控制器（ Fuzzy Controller），全稱模糊邏輯控制器（ Fuzzy Logic Controller），是通過(guò)類似語(yǔ)言的控制規(guī)則進(jìn)行控制的，是一種智能的控制方法，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 （ 3） 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：包括了各種交、直流電動(dòng)機(jī)，伺服電 動(dòng)機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，液壓機(jī)構(gòu)等。若構(gòu)造的查詢表存在不合理性時(shí)，或量化因子和比例因子選擇不當(dāng)，都會(huì)導(dǎo)致振蕩。模糊控制是基于啟發(fā)性知識(shí)及語(yǔ)言決策規(guī)則設(shè)計(jì)的，這有利于模擬人工控制 的過(guò)程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng) 能力，使之具有一定的智能水平。 90年代以來(lái)，模糊控制的領(lǐng)域更加廣泛，除了以往的工業(yè)過(guò)程應(yīng)用以外，各種商業(yè)民用場(chǎng)合也大量采用模糊控制技術(shù)，如模糊控制洗衣機(jī)、模糊微波爐、模糊空調(diào)、地鐵運(yùn)行的模糊控制、機(jī)器人控制等。為了對(duì)這些現(xiàn)象進(jìn)行描述便漸漸形成了模糊數(shù)學(xué)。 圖 前饋 串級(jí)控制系統(tǒng) 本文 擬在前饋 — 串級(jí)三沖量控制的基礎(chǔ)上加入模糊控制，通過(guò)模糊控制選擇合適的 PID中的比例系數(shù)、積分系數(shù)、微分系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn) PID控制器的整定，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，避免了 傳統(tǒng) PID控制中的 難以 控制滯后、非線性及無(wú)法消除耦合 關(guān)聯(lián) 的缺點(diǎn)。 針對(duì)上述情況，為了把水位控制穩(wěn)定，大雙沖量水位調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上引入給水流量信號(hào)，由水位 H、蒸汽流 量 D和給水流量 W組成了三沖量汽包水位控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，汽包水位H是控制變量，是主沖量信號(hào)，蒸汽流量、給水流量是兩個(gè)輔助沖量信號(hào)。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 雙沖量控制系統(tǒng)對(duì)于單沖量控制系統(tǒng)存在的第三個(gè)問(wèn)題 對(duì)給水干擾不能及時(shí)克服，同樣不能解決。 雙沖量的特點(diǎn)： （ 1）引入蒸汽流量前饋信號(hào)可以消除“虛假水位”對(duì)調(diào)節(jié)的不良影響，當(dāng)蒸汽量變化時(shí)，就有一個(gè)使給水量與蒸汽量同方向變化的信號(hào)，可以減小或抵消由于“虛假水位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動(dòng)作，使調(diào)節(jié)閥一開(kāi)始就向正確 的方向移動(dòng)。 （ 3） 對(duì)給水干擾不能及時(shí)克服。 常用的方法多為三種：?jiǎn)螞_量、雙沖量及三沖量控制。蒸汽流量振動(dòng)時(shí)，水位變化的動(dòng)態(tài)特性可用傳遞函數(shù)表示為： 1sT KsKD ( s )( s )HD ( s )( s )HD ( s )H ( s ) 2 2f21 ?????? （ 2 （ 2） 汽包水位在蒸汽流量振動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性，即干擾通道的動(dòng)態(tài)特性。所以其曲線 上升斜率先增加后不變，直線上升 如圖中 H所示 。 第 節(jié) 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性 決定汽包水位的除了汽包中（包括循環(huán)水管）儲(chǔ)水量的多少外，也與水位下氣泡水位與鍋爐的負(fù)荷、蒸汽壓力、爐膛熱負(fù)荷等有關(guān)。 2)應(yīng)積極開(kāi)發(fā)與控制匹配的先進(jìn)優(yōu)化監(jiān)控軟件和系統(tǒng)。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 模糊控制在汽包水位控制中的應(yīng)用與前景 模糊控制作為經(jīng)典的智能控制算法，在面對(duì)不同的控制領(lǐng)域都有著很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。使過(guò)熱器出口溫度保持在允許的范圍內(nèi)，并保證管壁溫度不超出工藝允許的溫度。它主要是保持汽包內(nèi)部的物料平衡，使給水量適應(yīng)鍋爐的蒸汽量，維持汽包中水位在工藝允許的范圍內(nèi)。另一個(gè)輔助鍋爐每小時(shí)能產(chǎn)生 220噸 的高壓蒸汽，水在汽包中停留的時(shí)間只有 1min。這種控制方法常見(jiàn)的一種是 FuzzyPI 雙模控制形式。水位的過(guò)高、過(guò)低都會(huì)給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來(lái)不得的影響。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。保持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運(yùn)行的首要條件。 FuzzyPID 復(fù)合控制指的是模糊技術(shù)與常規(guī)的 PID 控制算法相結(jié)合的一種控制方法。如某裝置中的一個(gè)廢熱鍋爐，能產(chǎn)生 的高壓蒸汽，蒸發(fā)量為 181t/h，水在汽 包的停留時(shí)間為 10min。被控變量是汽包水位中，控制變量是給水流量。被控變量為過(guò)熱蒸汽溫度，控制變量為減溫器的噴水量國(guó)。 近年來(lái)，鍋爐自動(dòng)化研究主要集中在三個(gè)方面：一，傳統(tǒng) PID 控制領(lǐng)域，作用其他方法和 PID 控制相結(jié)合來(lái)改善 PID 控制效果；二，利用人工智能和計(jì)算機(jī)科學(xué)最新技術(shù)，開(kāi)發(fā)模糊控制系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、專家控制系統(tǒng)等；三，針對(duì)鍋爐的強(qiáng)耦合性，開(kāi)發(fā)解耦控制系統(tǒng)。今后熱工自動(dòng)化的研究方向應(yīng)注意以下幾個(gè)方面的研究秘開(kāi)發(fā) . 1)實(shí)際控制工程中，要求控制器簡(jiǎn)單，計(jì)算時(shí)間短，而目前先進(jìn) 控制策略往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算用時(shí)很長(zhǎng)，而且大部分還只是處于實(shí)驗(yàn)室仿真，并未真正投入生產(chǎn)，所以將其推向?qū)嶋H應(yīng)用是今后努力的方向之一。所以，必須對(duì)汽包水位進(jìn)行嚴(yán)格的控制。 當(dāng)水位 下氣泡容積不再變化時(shí)，水位變化就完全反應(yīng)了因 儲(chǔ)水量的增加而直線上升。如采用省煤器，則由于省煤器本身的延遲，將使τ增加到 100～ 200之間。這種現(xiàn)象稱之為“虛假水位”。與此同時(shí)，汽包水位不僅受鍋爐側(cè)的影響，也受到汽輪機(jī)側(cè)的影響，當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化或汽輪機(jī)用汽量變化時(shí)，給水控制都應(yīng)能限制汽包水位在較為穩(wěn)定的范圍內(nèi)變化。負(fù)荷變化時(shí)，需引起汽包水 位變化后才起控制作用，由于控制緩慢，導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。這里的閃饋僅為靜態(tài)前饋，若要考慮兩條通道在動(dòng)態(tài)上的差異，則還須引入動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。同時(shí)調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定是線性的，這樣要做到靜態(tài)補(bǔ)償就比較困難。要經(jīng)過(guò)一定的延遲時(shí)間以后，給水量的擾動(dòng)才能通過(guò)汽包水位的變化而被發(fā)覺(jué)，此后在克服擾動(dòng)時(shí)，幾臺(tái)鍋爐的水位調(diào)節(jié)又互相影響，使得調(diào)節(jié)過(guò)程非常復(fù)雜。對(duì)于此方案不管系數(shù)如何設(shè)置，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，液位仍可保持無(wú)差。它們無(wú)法用經(jīng)典的數(shù)學(xué)方法來(lái)度量，但大家在使用過(guò)程中，也并不會(huì)產(chǎn)生誤解與歧義。 1983年，日本學(xué)者 Shuta Murakami研制成功了一種 基于語(yǔ)言真值推理的模糊邏輯控制器，并成功地用于汽車速度的自動(dòng)控制。 （ 3） 基于模型的控制算法及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，由于出發(fā)點(diǎn)和性能指標(biāo)的不同，容易導(dǎo)致較大差異；但一個(gè)系統(tǒng)語(yǔ)言規(guī)則卻具有相對(duì)獨(dú)立性，利用這些控制規(guī)律間的模糊連接，容易找到折中的方案，使控制效果優(yōu)于常規(guī)控制器。 （ 3）易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。模糊控制系統(tǒng)中的控制器采用的是基于知識(shí)表示和規(guī)則推理的語(yǔ)言型控制器，這是模糊控制系統(tǒng)區(qū)別與其他自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)所在。因此，在選擇傳感器時(shí)，應(yīng)注意選擇精度高且穩(wěn)定性好的傳感器。 (3)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。 ① 維數(shù)的選擇，通常將模糊控制器輸入輸出變量的個(gè)數(shù)稱為模糊控制的維數(shù)。 如果輸入量是準(zhǔn)確的，則通常將其模糊化為模糊單點(diǎn)集合。所有輸入輸出變量所對(duì)應(yīng)的論域 以及這些論域上所定義的規(guī)則庫(kù)中所使用的全部模糊子集的定義都存放在數(shù)據(jù)庫(kù)里。模糊分割就是要確定對(duì)于每個(gè)評(píng)議變量取值的模糊語(yǔ)言名稱的個(gè)數(shù)，模糊分割的個(gè)數(shù) 決定了模糊控制精細(xì)化的程度。 規(guī)則庫(kù)，模糊控制系統(tǒng)是用一系列基于專家知識(shí)的語(yǔ)言來(lái)描述的，專家知識(shí)常采用“ IF...THEN...”的規(guī)則形式，而這樣的規(guī)則很容易通過(guò)模糊條件語(yǔ)句描述的模糊邏輯推理來(lái)實(shí)現(xiàn)。 基于模糊模型的控制 這種方法是基于對(duì)物理過(guò)程的模糊化數(shù)學(xué)表示，并由一組語(yǔ)言規(guī)則來(lái)描述此過(guò)程，它們的適應(yīng)度由距離測(cè)量來(lái)決定。 模糊規(guī)則 iR 必須是完整的，且覆蓋輸入空間 { psss ,..., 21 }的全部模糊分區(qū)。由于模糊控制的規(guī)則 是通過(guò)語(yǔ)言條件語(yǔ)句來(lái)模擬人類的控制形為，且它的條件語(yǔ)句與專家的控制特性直接相關(guān)，因此這種方法是很自然的。而被控對(duì)象只能接受一個(gè)確定的控制量，因此必須將模糊 量再轉(zhuǎn)換成精確量，作為控制器的輸出。 9） 對(duì)于具有 m個(gè)輸出量化級(jí)數(shù)的論域情況，則有 ? ?? ??????mkkvmkkvkvvvv110?? （ 3 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 第 4 章 鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 鍋爐 汽包水位控制系統(tǒng)具有純滯后、非線性等特點(diǎn)，工業(yè)要求其要具有良好的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性。 E同， EC， pK ， dK 的模糊論域?yàn)?[3,3],劃 分為七個(gè)等級(jí)，即 {3， 2， 1， 0， 1， 2， 3}； iK 為 {， }，也劃分為七個(gè)等級(jí)，即 {， ， ， 0， ， ， }。 2） dK = ? ?3 | |,| |f E EC ； （ 4對(duì)于鍋爐汽包水位的控制中，初期階段要提高響應(yīng)速度， pK 須選擇較大的值；到調(diào)節(jié)中期階段時(shí)，考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性與調(diào)節(jié)精度的要求，要將 pK 適當(dāng)置大；到調(diào)節(jié)后期時(shí)，必須要減小靜態(tài)誤差，提高控制的精度，此時(shí)要調(diào)整到較大的位置。 首先對(duì) pK 設(shè)計(jì)調(diào)整表，對(duì)于二維輸入（ E， EC）一維輸出（ pK ）模糊控制系統(tǒng)，其控制規(guī)則一般可寫(xiě)成如下語(yǔ)言推理形式： If E= iE and EC= jEC then pK = pijK (i=1,2,? ,m。 設(shè) k i jD