【正文】 首先對 pK 設(shè)計調(diào)整表，對于二維輸入（ E， EC）一維輸出（ pK ）模糊控制系統(tǒng)，其控制規(guī)則一般可寫成如下語言推理形式： 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（論文） 23 第 4 章 鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 鍋爐 汽包水位控制系統(tǒng)具有純滯后、非線性等特點，工業(yè)要求其要具有良好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性。而被控對象只能接受一個確定的控制量，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，模糊控制系統(tǒng)是用一系列基于專家知識的語言來描述的，專家知識常采用“ IF...THEN...”的規(guī)則形式，而這樣的規(guī)則很容易通過模糊條件語句描述的模糊邏輯推理來實現(xiàn)。所有輸入輸出變量所對應(yīng)的論域 以及這些論域上所定義的規(guī)則庫中所使用的全部模糊子集的定義都存放在數(shù)據(jù)庫里。 ① 維數(shù)的選擇，通常將模糊控制器輸入輸出變量的個數(shù)稱為模糊控制的維數(shù)。因此，在選擇傳感器時，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控制。對于此方案不管系數(shù)如何設(shè)置，當(dāng)負(fù)荷變化時，液位仍可保持無差。同時調(diào)節(jié)閥的工作特性不一定是線性的，這樣要做到靜態(tài)補償就比較困難。負(fù)荷變化時，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，水位變化就完全反應(yīng)了因 儲水量的增加而直線上升。今后熱工自動化的研究方向應(yīng)注意以下幾個方面的研究秘開發(fā) . 1)實際控制工程中，要求控制器簡單，計算時間短，而目前先進 控制策略往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計算用時很長，而且大部分還只是處于實驗室仿真，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。被控變量為過熱蒸汽溫度，控制變量為減溫器的噴水量國。如某裝置中的一個廢熱鍋爐，能產(chǎn)生 的高壓蒸汽，蒸發(fā)量為 181t/h，水在汽 包的停留時間為 10min。保持水位在一定范圍內(nèi)是保證鍋爐安全運行的首要條件。 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。水位的過高、過低都會給鍋爐及蒸汽用戶的安全操作帶來不得的影響。另一個輔助鍋爐每小時能產(chǎn)生 220噸 的高壓蒸汽，水在汽包中停留的時間只有 1min。使過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)積極開發(fā)與控制匹配的先進優(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 。蒸汽流量振動時，水位變化的動態(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） 對給水干擾不能及時克服。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 雙沖量控制系統(tǒng)對于單沖量控制系統(tǒng)存在的第三個問題 對給水干擾不能及時克服，同樣不能解決。 圖 前饋 串級控制系統(tǒng) 本文 擬在前饋 — 串級三沖量控制的基礎(chǔ)上加入模糊控制，通過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)來實現(xiàn) PID控制器的整定，實現(xiàn)優(yōu)化控制，避免了 傳統(tǒng) PID控制中的 難以 控制滯后、非線性及無法消除耦合 關(guān)聯(lián) 的缺點。 90年代以來，模糊控制的領(lǐng)域更加廣泛，除了以往的工業(yè)過程應(yīng)用以外，各種商業(yè)民用場合也大量采用模糊控制技術(shù)，如模糊控制洗衣機、模糊微波爐、模糊空調(diào)、地鐵運行的模糊控制、機器人控制等。若構(gòu)造的查詢表存在不合理性時，或量化因子和比例因子選擇不當(dāng)，都會導(dǎo)致振蕩。 模糊控制器（ Fuzzy Controller），全稱模糊邏輯控制器（ Fuzzy Logic Controller），是通過類似語言的控制規(guī)則進行控制的，是一種智能的控制方法，在自動控制系統(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)，控制效果也會越好，但維數(shù)和高低同樣也會影響控制規(guī)則的復(fù)雜程度，控制算法實現(xiàn)的難易程度，當(dāng)維數(shù)太高時，控制變成難以實現(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)計為二維模糊控制器。數(shù)據(jù)庫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算接口相關(guān)論域的必要數(shù)據(jù)，包含了語言控制規(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。 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。非模糊化運算，又稱去模糊化、清晰化運算等，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 大的那個元素作為輸出值。通常，對于汽包水位的控制多采用 PID 控制算法，實踐告訴我們，其效果并不是太令人滿意。 3） 通過以上關(guān)系完成對控制器中 pK ， iK ， dK 的參數(shù)的整定，實現(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 的三個調(diào)節(jié)參數(shù) pK ， iK ， dK ，完成了對三者的模糊控制規(guī)則表的設(shè)計后，然后便要根據(jù)模糊理論進行算法合成，求得相應(yīng)的 pK ， iK ， dK 的三個控制表。 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)來改善系統(tǒng)的享用特性。 （ 3） 精確化過程 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 模糊推理得到的是一個模糊集合，它反應(yīng)了控制語言不同取值的一種組合。 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，其計算公式為)( 01 jpj iji ssw ??? ? ，即 p個輸入變量隸屬于第 i個對應(yīng)的模糊信函數(shù)中最小的隸屬度值。當(dāng)論域連續(xù)時，隸屬度常常用三角形、梯形、高斯型函數(shù)等。 4） (2)知識庫的設(shè)計 知識庫包括數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。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（論文） 14 變遷而變化時，它不 能對自己的規(guī)則進行有效的調(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（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。 雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是 ：調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動，給水調(diào)節(jié)閥前后壓差不易保持正常時，不宜采用雙沖量調(diào)節(jié)。 （ 2） 對負(fù)荷變化不靈敏。從圖中可以看出， 當(dāng)蒸汽量加大時，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，則水位先下降，然后上升。當(dāng)水位下氣泡容積的 變化過程逐漸平衡時，水位將因汽包中儲水量的增加而上升。 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)，計算機技術(shù)的應(yīng)用為先進控制的應(yīng)用提供的強有力的硬件和軟件平臺。 （ 3） 過熱蒸汽系統(tǒng)的控制。隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，作為動力和熱源的鍋爐，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寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè) 論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 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（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 指導(dǎo)教師評閱書 指導(dǎo)教師評價： 一、撰寫（設(shè)計）過程 學(xué)生在論文（設(shè)計）過程中的治學(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、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生綜合運用所學(xué)知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 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）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計）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）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 指導(dǎo)教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設(shè)計）質(zhì)量 論文（設(shè)計）的整體結(jié)構(gòu)是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 是否完成指定的論文（設(shè)計） 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）水平 論文（設(shè)計）的理論意義或?qū)鉀Q實際問題的指導(dǎo)意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文的觀念是否有新意？設(shè)計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內(nèi)畫“√”） 評閱教師： （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（論文） 1 教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要點和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 對答辯問題的反應(yīng)、理解、表達情況