【正文】 輸出控制量對(duì)應(yīng)閥門(mén)開(kāi)度變化，閥門(mén)開(kāi)大為“正”，表明注水量加大；反之，則閥門(mén)關(guān)閉為“負(fù)”。然后使δ由大往小逐步改變，并每改變一次δ值，通過(guò)改變給定值給系統(tǒng)施加一次階躍干擾，同時(shí)觀(guān)察被控變量的變化情況。它的windows中提供了建立系統(tǒng)模型所需的大部分類(lèi)型方塊。之后控制學(xué)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(zhuān)用工具箱和結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計(jì)的SIMULINK仿真環(huán)境，使得MATLAB語(yǔ)言成為控制界計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的有利工具。： 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)步驟有了前面的理論基礎(chǔ)，就可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)出適用的模糊PID控制器，下面簡(jiǎn)要說(shuō)明模糊PID控制器的設(shè)計(jì)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)。 模糊PID控制雖然模糊控制器和PID調(diào)節(jié)器相比，具有更快的響應(yīng)和更小的超調(diào)，而且對(duì)過(guò)程參數(shù)的變化不敏感(即具有很強(qiáng)的魯棒性)，能夠克服非線(xiàn)性因素的影響，但模糊控制器受到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量的限制只能取得有限的控制等級(jí)，限制了模糊控制精度的提高，因此被認(rèn)為是粗糙的控制器。這是因?yàn)樗麄儞碛腥辗e月累的豐富經(jīng)驗(yàn)。模糊控制器正是根據(jù)以上的原理和方法,借助于微機(jī)、單片機(jī)或其它的數(shù)字系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的控制系統(tǒng)[4]。模糊控制器控制規(guī)則的設(shè)計(jì)原則是：當(dāng)誤差較大時(shí)，控制量的變化應(yīng)盡量使誤差迅速減少；當(dāng)誤差較小時(shí)，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(chǎn)生不必要的超調(diào)，甚至振蕩。：由圖可以看出，模糊控制器主要由四個(gè)基本部分組成，即模糊化、知識(shí)庫(kù)、模糊推理、解模糊。如人工控制水槽液位的經(jīng)驗(yàn)可以表達(dá)為：若水槽無(wú)水或水較少時(shí)，則開(kāi)大水閥；若液位和要求的液位相差不太大，則把水閥關(guān)?。蝗粢何豢旖咏蟮囊何?，則把閥門(mén)關(guān)得很小；．．．這些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則中，“較小”、“不太大”、“接近”、“開(kāi)大”、“關(guān)小”、“關(guān)得很小”這些表示液位狀態(tài)和控制閥門(mén)動(dòng)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(yǔ)句的形式，可以用模糊數(shù)學(xué)的方法來(lái)描述過(guò)程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關(guān)系，又可以根據(jù)這種模糊關(guān)系及某時(shí)刻過(guò)程變量的檢測(cè)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。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(duì)運(yùn)行環(huán)境的適應(yīng)性較差。 PID控制是迄今為止最通用的控制方法。PID控制規(guī)律由比例、積分、微分三部分組成。 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(hào)，把給水流量作為控制信號(hào)，組成汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)，同時(shí)考慮到傳統(tǒng)PID控制對(duì)汽包運(yùn)行中出現(xiàn)的“虛假水位”嚴(yán)重時(shí)控制不夠及時(shí)，所以將模糊控制器和模糊PID控制器應(yīng)用到該鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐汽包水位的定值控制。 雙沖量調(diào)節(jié)存在的問(wèn)題是：調(diào)節(jié)作用不能及時(shí)反映給水側(cè)的擾動(dòng)。當(dāng)蒸汽負(fù)荷量突然減小時(shí)，則汽包水位變化的情況相反，先降后升。因此，當(dāng)把汽包和給水看做單容無(wú)自衡對(duì)象時(shí)，水位響應(yīng)曲線(xiàn)應(yīng)為一條直線(xiàn)。(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(fù)荷，使鍋爐負(fù)荷變化對(duì)水位的影響加劇了。對(duì)鍋爐生產(chǎn)如果操作不合理，管理不善，處理不當(dāng)，往往會(huì)引起事故，因此，鍋爐的安全問(wèn)題是一項(xiàng)非常重要的問(wèn)題，必須引起高度重視。當(dāng)給水量擾動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。因此研究適應(yīng)性很強(qiáng)的模糊控制理論，以及它在鍋爐水位系統(tǒng)中的應(yīng)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(yīng)用前景。4．維持過(guò)熱蒸汽溫度恒定為了保證汽輪機(jī)正常工作，必須保證過(guò)熱蒸汽溫度恒定，汽溫過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，所以過(guò)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(nèi)。過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)高，可能造成過(guò)熱器、蒸汽管道及汽輪機(jī)的高壓部分金屬損壞；過(guò)熱蒸汽溫度過(guò)低，降低汽輪機(jī)的效率，加劇對(duì)葉片的侵蝕。傳統(tǒng)的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)大都采用PID控制。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 fuzzy control。液位過(guò)高會(huì)影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象；液位過(guò)低會(huì)影響汽水循環(huán)，使金屬局部過(guò)熱而爆管，導(dǎo)致重力事故。如果水位過(guò)低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而負(fù)荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時(shí)控制，就會(huì)使汽包內(nèi)的水全部汽化，導(dǎo)致鍋爐燒壞或爆炸；水位過(guò)高會(huì)影響汽包的汽水分離。但應(yīng)用最活躍的是模糊控制。這個(gè)調(diào)節(jié)器接受三個(gè)輸入調(diào)節(jié)信號(hào)：汽包水位作為主沖量信號(hào)，蒸汽流量作為前饋信號(hào)，給水流量作為內(nèi)反饋信號(hào)。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代鍋爐要向蒸發(fā)量大，汽包容積相對(duì)減小的方向發(fā)展。 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性維持鍋爐汽包水位在規(guī)定的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全生產(chǎn)運(yùn)行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運(yùn)行的主要指標(biāo)之一。當(dāng)蒸汽流量突然增加時(shí)，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(yīng)當(dāng)直線(xiàn)下降。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(gè)主要問(wèn)題:(1)當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化很大時(shí)，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過(guò)程一開(kāi)始水位“虛假”上升而減少給水量，這個(gè)錯(cuò)誤舉動(dòng)反而擴(kuò)大了汽包進(jìn)出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動(dòng)幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進(jìn)了給水量信號(hào)控制。（3）現(xiàn)在，隨著微處理器性?xún)r(jià)比的不斷提高，一些優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制的復(fù)雜控制算法能夠得到實(shí)現(xiàn)，而且控制技術(shù)的迅速發(fā)展導(dǎo)致了控制系統(tǒng)的組合化。積分時(shí)間TI，對(duì)積分部分的作用影響極大。 PID控制的優(yōu)缺點(diǎn)PID控制的特點(diǎn)，使它在過(guò)程控制中有很多優(yōu)點(diǎn)：第一，PID控制的原理簡(jiǎn)單，參數(shù)物理意義明確，理論分析體系完整且應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)豐富，使用起來(lái)比較方便；第二，PID控制對(duì)于大多數(shù)過(guò)程都具有良好的控制效果和魯棒性；第三，在過(guò)程控制中的適應(yīng)性強(qiáng)，在多種生產(chǎn)部門(mén)都得到應(yīng)用，在生產(chǎn)過(guò)程控制發(fā)展歷程中，盡管控制器的實(shí)現(xiàn)幾經(jīng)換代，但基本的控制功能仍然是PID控制。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和一般的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)沒(méi)有多大區(qū)別，只是用模糊控制器取代了傳統(tǒng)的控制器。 模糊控制系統(tǒng)的組成模糊控制屬于計(jì)算機(jī)數(shù)字控制的一種形式，因此，模糊控制系統(tǒng)的組成類(lèi)似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)。此外，為了按照一定的語(yǔ)言規(guī)則進(jìn)行模糊推理，還要事先確定輸出量的隸屬函數(shù)。常用的模糊推理方法是最大最小推理。輸出控制量的比例因子由下式確定： (39)對(duì)輸出而言的比例因子起比例作用。(2) 對(duì)于具有一定操作經(jīng)驗(yàn)、但非控制專(zhuān)業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。通過(guò)對(duì)人在進(jìn)行控制器參數(shù)調(diào)整時(shí)思維方式的分析，產(chǎn)生了一些控制方法例如：模糊自適應(yīng)PID參數(shù)控制器；多模態(tài)模糊PID控制原理等方法。④確定模糊控制規(guī)則。Simulink提供了用鼠標(biāo)“畫(huà)”出系統(tǒng)框圖的方式，可以行圖形建模。然后根據(jù)各調(diào)節(jié)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，反復(fù)湊試參數(shù)，以達(dá)到滿(mǎn)意的系統(tǒng)響應(yīng)，從而確定PID調(diào)節(jié)參數(shù)。此外，這種方法只適用于二階以上的高階對(duì)象，或是一階加純滯后的對(duì)象，否則，在純比例控制情況下，系統(tǒng)將不會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩，因此，這種方法也就無(wú)法應(yīng)用了。因此，當(dāng)EC為負(fù)時(shí)水位又上漲趨勢(shì)，如果此時(shí)水位為高，則應(yīng)關(guān)閉水發(fā)以減小入水量，使水位降下來(lái)；反之，開(kāi)大水閥。但PID控制方案下，系統(tǒng)的超調(diào)量較大，過(guò)渡過(guò)程不太平穩(wěn)，控制效果不是很好。3．若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動(dòng)態(tài)過(guò)程經(jīng)反復(fù)調(diào)整仍不能滿(mǎn)意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。由于Simulink環(huán)境川戶(hù)擺脫了深?yuàn)W數(shù)學(xué)推演的壓力和煩瑣編程的困擾，囚此用廠(chǎng)，在此環(huán)境會(huì)產(chǎn)生濃厚的探索興趣，引發(fā)活躍的思維，感悟出新的真諦。當(dāng)偏差e在閥值之外時(shí)采用模糊控制，以獲得良好的瞬態(tài)性能；在小偏差范圍內(nèi)，即e落到閥值之內(nèi)時(shí)轉(zhuǎn)換成PID控制，以獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。這里采用的是多模態(tài)模糊PID控制原理。雖然模糊控制取得了很多研究成果，但是由于它的發(fā)展歷史還不長(zhǎng)，因此，理論上的系統(tǒng)性和完善性，技術(shù)上的成熟性和規(guī)范性還都是不夠的；另一方面，模糊控制雖有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但并不能取代傳統(tǒng)的控制方法，而是作為后者的補(bǔ)充和改進(jìn)。Kec較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)較小，但是系統(tǒng)的響應(yīng)速度變慢。因?yàn)樵摲ㄅ懦似渌磺须`屬度較小的論域元素(量化等級(jí))的作用，顯得比較粗糙，只能用于控制性能要求一般的系統(tǒng)中。在實(shí)際應(yīng)用中，相應(yīng)輸入、輸出論域的模糊子集常常用有標(biāo)識(shí)性的符號(hào)標(biāo)記，如NB(負(fù)大)﹑NM(負(fù)中)﹑NS(負(fù)小)、ZE(零)、PS(正小)、PM(正中)、PB(正大)等來(lái)表示。執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的控制作用常常表現(xiàn)為角度、位置或電壓等發(fā)生變化，因此，它往往是由伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、液壓閥等加上驅(qū)動(dòng)裝置組成。無(wú)論是采用經(jīng)典控制理論還是采用現(xiàn)代控制理論去設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，一般需要了解被控對(duì)象數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)、階次、參數(shù)等等，然后在此基礎(chǔ)上合理地選擇控制策略。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過(guò)程中人們主要關(guān)心的問(wèn)題是“設(shè)定值跟蹤特性”和“干擾抑制特性”。TD越小，它反抗e(t)變化的作用越弱。PID控制器在功能和作用上，可以提供一種反饋控制，通過(guò)積分作用可以消除靜態(tài)偏差，通過(guò)微分作用可以預(yù)測(cè)未來(lái)。為此再引入給水流量信號(hào)，即采用三沖量水位控制回路。K為蒸汽流量的分流系數(shù)[2]。但因蒸汽流量與給水流量產(chǎn)生不平衡的初始階段，水位下降存在時(shí)間上的延遲，所以實(shí)際上，當(dāng)蒸汽負(fù)荷增加時(shí)，雖然鍋爐的給水流量小于蒸汽流量，水位不但不下降，反而迅速上升，這是由于汽水混合物中蒸汽的容積迅速增加造成的。給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負(fù)荷不變，那么在給水流量發(fā)生變化時(shí)，汽包水位對(duì)象的微分方程式可以表示為：經(jīng)拉式變換后得 (22)從而可得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)： (23)根據(jù)以上公式，在給水流量階躍輸入作用下，當(dāng)突然加大給水流量(蒸汽量不變)，給水量大于蒸發(fā)量，但汽包水位開(kāi)始并不立即增加，而呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這是因?yàn)闇囟容^低的更多地給水進(jìn)入了水循環(huán)系統(tǒng)，它從原有的飽和汽水中吸取了一部分熱量，汽包和熱水管路中由于熱量的“損失”，汽包體積減少。汽包水位是鍋爐運(yùn)行的主要指標(biāo)。這是汽包水位控制最主要克服的問(wèn)題之一。②在給水?dāng)_動(dòng)時(shí)，調(diào)節(jié)器要等到水位改變了以后才動(dòng)作，又經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲后才能影響到水位，導(dǎo)致汽包水位發(fā)生較大變化，調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)。水位對(duì)象的特征隨著鍋爐運(yùn)行工況的改變而改變，沒(méi)有確定的數(shù)學(xué)模型。3．維持爐膛負(fù)壓爐膛負(fù)壓的變化，反映了引風(fēng)量與送風(fēng)量的不相適應(yīng)。只有在充分保證鍋爐安全生產(chǎn)、保護(hù)環(huán)境和運(yùn)行可靠的前提下，通過(guò)科學(xué)管理、技術(shù)改造、提高操作及運(yùn)行水平，使鍋爐實(shí)現(xiàn)熱效率高的狀態(tài)。因而，對(duì)鍋爐設(shè)備中的自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析研究是必要的。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)論文） 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。鍋爐往往成了不少工廠(chǎng)不可缺少的一部分。鍋爐是受火焰加熱且具有爆炸危險(xiǎn)的特殊設(shè)備和壓力容器，其安全性尤為重要。因此，控制蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟(jì)性的需要。然而對(duì)于鍋爐汽包水位這一時(shí)變、死區(qū)、非線(xiàn)性、多變量、擾動(dòng)大的復(fù)雜系統(tǒng)，這絕非一件易事。單沖量汽包水位控制系統(tǒng)存在兩個(gè)主要問(wèn)題：①當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化很大時(shí)，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過(guò)程一開(kāi)始水位“虛假”上升而減少給水量，這個(gè)錯(cuò)誤舉動(dòng)反而擴(kuò)大了汽包進(jìn)出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動(dòng)幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。當(dāng)蒸汽流量與給水流量不平衡時(shí)，會(huì)產(chǎn)生“虛假液位”現(xiàn)象。下面就汽包水位的動(dòng)態(tài)特性和控制器的設(shè)計(jì)過(guò)程做具體的研究。 汽包水位在給水流量作用下的動(dòng)態(tài)特性給水流量對(duì)水位的影響，即控制通道的動(dòng)態(tài)特性。由切線(xiàn)法可求得蒸汽負(fù)荷增加時(shí)的傳遞函數(shù)為:[1] (211)在鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加時(shí)，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。圖中，G1為蒸汽流量擾動(dòng)下汽包液位的傳遞函數(shù)。然而雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對(duì)水位的影響，因?yàn)楫?dāng)給水壓力波動(dòng)時(shí)，給水流量將相應(yīng)變化，此時(shí)只有待水位發(fā)生變化后調(diào)節(jié)器才能起作用。自整定技術(shù)對(duì)于工程師設(shè)置控制器參數(shù)非常有用，尤其體現(xiàn)在一些復(fù)雜回路的控制器參數(shù)整定上。因?yàn)槲⒎肿饔玫囊霑?huì)把高頻干擾放得很大，反而可能使系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)降低。其次傳統(tǒng)的PID控制器的參數(shù)只能整定為滿(mǎn)足生產(chǎn)過(guò)程控制目標(biāo)某一個(gè)方面的要求。 模糊控制的基本思想控制理論的發(fā)展和數(shù)學(xué)有著密切的關(guān)系，尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，這種關(guān)系就更為密切。(2) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)是模糊控制器向被控對(duì)象施加控制作用的裝置，如工業(yè)控制過(guò)程中應(yīng)用最普遍最典型的各種調(diào)節(jié)閥和變頻器。這個(gè)模型建立的是否準(zhǔn)確，將決定模糊控制器性能的好壞。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠突出主要信息，簡(jiǎn)單易行，其缺點(diǎn)是概括的信息最較少。[18]Ke過(guò)大時(shí)系統(tǒng)上升速度過(guò)快，也會(huì)產(chǎn)生震蕩，甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定。30多年來(lái)，模糊控制無(wú)論在理論上和技術(shù)上都有了長(zhǎng)足的發(fā)展，成為自動(dòng)控制領(lǐng)域非?；钴S、碩果累累的一個(gè)分支。二者的轉(zhuǎn)換閥值根據(jù)事先給定的偏差范圍自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。⑥選擇開(kāi)關(guān)的切換。在SIMULINK環(huán)境中，用戶(hù)可以在仿真進(jìn)程改變感興趣的參數(shù)，實(shí)時(shí)地觀(guān)察系統(tǒng)行為的變化。整定時(shí)首先置積分時(shí)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(shí)間，在保持系統(tǒng)良好動(dòng)態(tài)性能的情況下，使靜差得到消除。經(jīng)仿真曲線(xiàn)對(duì)比可以看出，三沖量控制要優(yōu)于單沖量控制和雙沖量控制。據(jù)此，得到表中共49條規(guī)則。這里采用的是湊試法，：