【正文】 第 16 頁 共 50 頁 負中 (NM )，負小 (NS )，零 (ZE)，正小 (PS)，正中 (PM)，正大 (PB)}，模糊論域可選擇為 {n n2?? 2 0 2?? n2 n}，最大溫度偏差范圍為 [q q]，則量化因子為： Ke=n/q (32) 對于鍋爐床溫溫度偏差變化率 ec，選擇合適的模糊論域和偏差變化率范圍，按照上式可以計算出相應的模糊量化因子 Kec，在這里為了方便起見，本文選擇偏差 e、偏差變化率 ec 具有相同模糊論域。 j =m) ∨ (i =l。利用 FUZZY工具箱函數(shù)，進行模糊控制器的設計。根據(jù)已得到的模糊推理規(guī)則，用規(guī)則編輯器建立規(guī)則，在輸入和輸出變量的列表框中行選擇，然后相應的連接方式以及權(quán)值。MATLAB語言的另一大特色就是具有豐富的工具箱。模糊控制器采用兩個輸入：e和 ec，每個輸入分為 7 級共有 49 條規(guī)則，模糊控制規(guī)則如下表所示。所謂模糊控制，只是在控制方法上應用了模糊數(shù)學知識，其基本原理仍和經(jīng) 典控制、現(xiàn)代控制理論一樣沒有改變，模糊控制的核心是利用模糊集合論，把人的控制策略的自然語言轉(zhuǎn)化為計算機能夠接受的算法語言所描述的算法，但它的控制輸出確是確定的。 (1) Kp 的比例控制能迅速產(chǎn)生與誤差成正比的調(diào)節(jié)作用，從而減少穩(wěn)態(tài)誤差。 當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。它的主要作用是將真實的確定量輸入轉(zhuǎn)換為一個模糊矢量。模糊控制器的基本結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)控制框圖如圖 。第二部是進行模糊推理，由于推理規(guī)則庫主要是按現(xiàn)場的操作經(jīng)驗與知識而建立的，因此模糊控制具有一定的模擬人的思維的特點?！?)為空氣的比熱， TB(℃ ) 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設計 第 7 頁 共 50 頁 為床體中的溫度， CPc(kJ/kg其影響因素很多，主要是受氣體流動速度 (流化速度或空氣截面速度 )、固體顆粒特性 (密度、粒度等 )、流體特性 (密度、黏度等 )以及固體器壁的影響。 （ 1）循環(huán)流化床鍋爐床溫控制系統(tǒng)具有大滯后、多變量、強耦合等非線性特性 ,其控制系統(tǒng)比較復雜； （ 2）采用現(xiàn)代控制理論方法的基礎是要求有描述對象特性的較為精確的數(shù)學模型； （ 3）建立規(guī)則庫是模糊控制系統(tǒng)設計的核心問題，也是難點所在。國內(nèi) 普遍采用或選型的循環(huán)流化床鍋爐的典型結(jié)構(gòu)就是無外置式熱交換器。目前，世界上發(fā)電 容量為 l00Mw～ 250Mw的循環(huán)流化床電站鍋爐已有數(shù)十臺投入運行，其中容量最大的是采用魯奇 Lurgi技術(shù)，由法國 Stein公司制造，安裝在法國 Gardanne電廠的 250MW(700t/h)循環(huán)流化床鍋爐，于 1995年 5月投入運行。正是由于循環(huán)流化床鍋爐具有如此多的優(yōu)點，從而加快了循環(huán)流化床鍋爐的商業(yè)化發(fā)展。 循環(huán)流化床鍋爐的優(yōu)化控制 . 江南大學 碩士論文， 2021 年。 3) 所選擇的控制設備必須可靠性高，技術(shù)先進，列出具體生產(chǎn)廠家，型號等。 4) 根據(jù) 控制 要求設計的 控制 算法必須科學，列出詳細設計及推導過程。 10． Hong Yue. Application of Fuzzy Algorithm in Inventory Control. Engineering Sciences, :. 同組設計者 注： 1. 此任務書由指導教師填寫。但是循環(huán)流化床鍋爐是一個分布參數(shù)、非線性、時變、大遲延、多變量耦合緊密的控制對象，這也就給循環(huán)流化床鍋爐的運行控制提 出了更高的要求。美國 ABB， CE公司， FW公司等主要循環(huán)流化床鍋爐的制造商都在開發(fā) 300～350MW等級的產(chǎn)品，可以說，目前國外大型循環(huán)流化床技術(shù)正日趨成熟，逐漸達到與煤粉爐容量相當?shù)乃?。此類鍋爐給其燃燒控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動控制帶來了極大的困難，因為鍋爐主汽壓力和床溫的控制均是通過調(diào)節(jié)給煤量和送風量來實現(xiàn)的，當主汽壓力和床溫兩者中任何一個出現(xiàn)偏差時，無論調(diào)節(jié)給煤量還是送風量都會使另一個量發(fā)生變化，這樣使得主蒸汽壓力和床溫成為具有緊密關(guān)系的強耦合變量。 本文內(nèi)容 安排 本設計主要針對循環(huán)流化床床溫模糊控制技術(shù)進行研究，利用模糊控制算法簡單 ,性能優(yōu)良 , 有較強的魯棒性等特點，從穩(wěn)定性，適應性，魯棒性和抗干擾等方面研究設計出能夠適應負荷變化的床溫模糊控制系統(tǒng)。隨流化速度增加，一個垂直上行氣固系統(tǒng)依次呈現(xiàn)以下幾種狀態(tài)：固定床，鼓泡流化床，湍動流態(tài)化，快速流態(tài)化，密相氣力輸送，稀相氣力輸 送。℃ )為煤的比熱， Cpg(kJ/m3第三部是解模糊過程，將推理得到的模糊語言控制量轉(zhuǎn)化為精確的數(shù)學變量，去驅(qū)動控制機械裝置。 H 0+_HA / D傳 感 器eyd e / d te c輸入量化輸入量化模糊化模糊化模糊推理解模糊化E△ E輸入量化UD / Au模 糊 規(guī) 則 庫被 控 對 象 執(zhí) 行 機 構(gòu) 圖 模糊控制器基本結(jié)構(gòu)圖 鍋爐床溫模糊控制總體設計方案 本次設計主要是對 500t/hCFB 鍋爐床溫的控制。 （ 2）知識庫 (Knowledge BaseKB)由數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫兩部分構(gòu)成。 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。但是 , 比例控制不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。設計模糊控制器必須解決以下三個問題 [15]： 、輸出量的模糊化； b．模糊控制規(guī)則或模糊控制表的建立 (模糊算法 )； c．輸出信息的模糊判決。 可以列出輸出變量 U 的控制規(guī)則如下表 所示： 表 32 模糊控制器控制規(guī)則表 U e NB NM NS ZE PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS zo NS NS ec ZE PM PM PS ZE NS NM NM PS PS PS ZE NS NS NM NM PM PS ZE NS NM NM NM NB PB ZE ZE NM NM NM NB NB 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設計 第 19 頁 共 50 頁 模糊控制的輸出都是一個 Fuzzy 子集 , 它是反映控制語言的不同取值的一種組合 ,但實際被控對象只能接受一個輸出量 , 因此要將 Fuzzy 集合變換到精確的輸出量 (反模糊化 )，我們可用模糊判決，即按加權(quán)平均法或隸屬度最大法或重心方法等原則，求出相應的輸出量 .如下表 ： 表 模糊控制器規(guī)則表 模糊邏輯推理 MIN— MAX重心法（ Mamdani推理法）因為方法簡單、實用、速度快，于是在模糊控制理論中較常用。工具箱和具有矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)編程的特色使其成為一個功能強大的工具。如圖為本文設計的模糊控制器的規(guī)則。 4. 1 模糊控 制器的仿真實現(xiàn) 本文提出的雙輸入單輸出模糊控制器，其中模糊控制器的仿真實現(xiàn)是關(guān)鍵。描述控制規(guī)則的模糊關(guān)系 R為： R=Y Ai Bj Cij （ 36） R的隸屬函數(shù)為： uR(x, y,z ) = (i = n。 模糊化模 糊控 制規(guī) 則模 糊決 策判 決清晰化控 制對 象設 定模 糊 控 制 器輸 出 圖 模糊控制系統(tǒng)組成框圖 由上圖我們看出，模糊控制算法的實現(xiàn)過程可概括為以下三個步驟： 量的精確值模糊化，轉(zhuǎn)化為模糊量； ，并確定推理法則，也就是模糊決策，模糊決策后還必須經(jīng)過模糊判決以便得到一個確切的控制量； ，從而計算出精確的控制量。相反，若 Kp 太小會使系統(tǒng)動作緩慢，靈敏度降低。 為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項”。在規(guī)則推理的模糊關(guān)系方程求解過程中，向推理機提供數(shù)據(jù)。此時用常規(guī)控制理論解決這些問題就出現(xiàn)了困難，因此本設計采用控制算法簡單，性能優(yōu)良，有較強魯棒性的模糊控制算法進行控制。 由于循環(huán)流他床鍋爐的床溫控制具有大滯后、多變量和強耦合等非線性特性，非常適合采用模糊控制原理?！?)為床料的比熱， Hc(kJ/kg)為碳的熱值， Hu(kJ/kg)){J煤中揮發(fā)物的熱值， Tcci(℃ )為循環(huán)灰的溫度， Tcii(℃ )為進入爐膛的煤的溫度， TAii(℃ )為進入爐膛的空氣的溫度。此時，床內(nèi)無氣泡，無明顯密相界面；存在顆粒成團與返混現(xiàn)象；具有較大的氣固滑移速度。第二，熟悉并掌握模糊控制原理，通過查閱模糊控制的相關(guān)文獻，可知模糊控制是一種適用于 多變量，強耦合，大時滯復雜的非線性系統(tǒng)，其特點是在偏離工作點較遠的區(qū)域可明顯改善控制的動態(tài)性能。給煤和送風量的改變又會影響煙氣含氧量、爐膛負壓和料床高度，等等。引進國外技術(shù)制造的 2201/h(50Mw)和引進 410t/h的 CFBB已投運，但從運行實績看，在燃燒效率、鍋爐可靠性、價格和能耗等指標上，與傳統(tǒng)煤粉爐相比，仍有一定 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設計 第 2 頁 共 50 頁 的差距 [1]。針對鍋爐床溫控制難題，設計了基于模糊邏輯的循環(huán)流化床模糊解耦控制器，說明了控制器的優(yōu)缺點，并進行仿真對比。 2. 此任務書最遲必須在畢業(yè)設計（論文）開始前一周下達給學生。 6) 利用 MATLAB 建立控制系統(tǒng)仿真模型，從穩(wěn)定性，魯棒性，抗干擾等方面研究所設計控制算法的控制效果如何，并與常規(guī) PID 控制進行比較。 課題任務要求 1) 熟悉鍋爐 床溫 控制 原理，了解實際運行中 鍋爐 床溫 控制的重要性。 8． 胡章軍 . 仿人智能控制算法研究 . 青島科技大學碩士論文， 2021 年。 5．論文電子文檔 [由各學院收集保存 ]。 (3)美國福斯特惠勒 (Fw)公司自有型循環(huán)流化床鍋爐。因此，這種鍋爐可以采用風／煤比調(diào)節(jié)主蒸汽壓力，采用進入外置式換熱器循環(huán)物料量的多少來調(diào)節(jié)床溫，故床溫自動控制系統(tǒng)一般為常規(guī)單回路反饋控制系統(tǒng)。從而提高床溫控制的精度，保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。氣固流化床很像沸騰的液體，它具有以下特點：在任何一高度的靜壓近似于在此高度以上單位床截面內(nèi)固體顆粒的重量：無論床層如何傾斜，床表面總是保持水平，床層的形 狀也保持容器的形狀；床內(nèi)固體顆?？梢韵窳黧w一樣從底部或側(cè)面的孔口排出；密度高于床層表而密度的物體在床內(nèi)會下沉，密度小的物體會浮在床面上；床內(nèi)固體顆?；旌狭己?，因此，當加熱床層時，整個床層的溫度基本均勻。它由諸多因素引起，由一次風、燃料以及循環(huán)物料送入爐膛帶入一部分能量，同時，從床體進入懸浮段的床料和煙氣帶走一部分能量，鍋爐排渣也將帶走一部分能量。我們把忽略的部分用一個純遲延環(huán)節(jié)代替，參考文獻 [6]我們?nèi)?16s左右，所以給煤量擾動下床溫被控對象的動態(tài)過程模型修正如下： sM esSG 16155028)( ??? （ 28） 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設計 第 9 頁 共 50 頁 3 鍋爐床溫模糊 PID控制系統(tǒng)設計 模糊控制簡介 自從 1965 年美國加州大學 L. A. ZADEH 教授創(chuàng)建模糊集理論和 1974 年英國的 . Mamdani 教授成功的將模糊控制應用于鍋爐和蒸汽機控制以來，模糊控制已逐漸得到了廣泛的發(fā)展并在現(xiàn)實中得到成功的應用。通過采樣獲取被控制量的精確值，然后將該量與給定值比較得到床溫誤差 e。模糊控制器的各部件組成如圖 所示。它的傳遞函數(shù)為： )*)*/(11()(/)()( STDsTIKPSESUSG ???? (31) 其中 kp 為比例系數(shù)； TI 為積分時間常數(shù)； TD 為微分時間常數(shù) 比例控制是一種最簡單的控制方式。 為了能夠在動態(tài)過程中通過模糊推理改變 PID 控制的各個參數(shù)，使得參數(shù)的改變建立在 扎實的理論和實踐經(jīng)驗的基礎上。但是 Ts太小會增加 CPU的運 算工作量， 鍋爐床溫模糊控制器的詳細設計 500t/h CFB 鍋爐床溫模糊 PID 控制系統(tǒng)的設計 第 15 頁 共 50 頁 1965年 LA． Zadeh提出了模糊集合論，這就是模糊控制的產(chǎn)生基礎。這里輸入、輸出變量所對應的語言變量 E， EC 和 U 的語言值均取為 NB， NM， NS， ZE， PS，PM， PB 七個模糊子集。