【正文】 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。 2） dK = ? ?3 | |,| |f E EC ； （ 4 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。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。 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)。 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)。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。 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)。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）易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象。 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。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。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。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。這種現(xiàn)象稱之為“虛假水位”。 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。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。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)。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。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。 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。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。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。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。 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)。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 。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 （ 3） 對(duì)給水干擾不能及時(shí)克服。 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。 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)。 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。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。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。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。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)。 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。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。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。 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。j=1,2,? ,n) （ 4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 ZO 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。 1） iK = ? ?2 | |,| |f E EC ； （ 4在模糊邏輯控制中，可以選擇和調(diào)整該系數(shù)來(lái)改善系統(tǒng)的享用特性。 （ 3） 精確化過(guò)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(yǔ)言不同取值的一種組合。 5） 權(quán)系數(shù) iw 表示對(duì)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(duì)應(yīng)的模糊信函數(shù)中最小的隸屬度值。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。 4） (2)知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì) 知識(shí)庫(kù)包括數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)。 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(guò)程就是將精確的測(cè)量值轉(zhuǎn)化成模糊子集的過(guò)程。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。由于量化因子和比例因子是固定的，當(dāng)對(duì)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(duì)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。 1980年， Tong等將模糊控制用于潛水處理過(guò)程，取得較好的效果。 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(jí)控制方式 前饋 串級(jí)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。 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)，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)。 （ 2） 對(duì)負(fù)荷變化不靈敏。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(kāi)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。當(dāng)水位下氣泡容積的 變化過(guò)程逐漸平衡時(shí)，水位將因汽包中儲(chǔ)水量的增加而上升。 近年來(lái)，鍋爐熱工過(guò)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(tái)。 （ 3） 過(guò)熱蒸汽系統(tǒng)的控制。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。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評(píng)閱書(shū) 指導(dǎo)教師評(píng)價(jià)： 一、撰寫(xiě)（設(shè)計(jì)）過(guò)程 學(xué)生在論文（設(shè)計(jì)）過(guò)程中的治學(xué)態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生掌握專業(yè)知識(shí)、技能的扎實(shí)程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和專業(yè)技能分析和解決問(wèn)題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 研究方法的科學(xué)性；技術(shù)線路的可行性；設(shè)計(jì)方案的合理性 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 完成畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 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(wèn)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(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評(píng)閱教師評(píng)閱書(shū) 評(píng)閱教師評(píng)價(jià)： 一、論文（設(shè)計(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫(xiě)規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 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 二、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(wèn)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(shuō)明書(shū)）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級(jí)前的□內(nèi)畫(huà)“√”） 評(píng)閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見(jiàn) 教研室（或答辯小組）評(píng)價(jià)： 一、答辯過(guò)程 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的基本要點(diǎn)和見(jiàn)解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對(duì)答辯問(wèn)題的反應(yīng)、理解、表達(dá)情況