【正文】 單沖量仿真曲線圖經(jīng)湊試，參數(shù)確定為：=245，KI =110，KD =85設(shè)定值為10。在湊試時，可以參考PID參數(shù)對控制過程的影響效果，對參數(shù)實行下述先比例、后積分、再微分的整定步驟。與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分方程或差分方程建模相比，它有直觀、方便、靈活的優(yōu)點。這實質(zhì)上是將操作人員的控制經(jīng)驗加以總結(jié)得出的一條條模糊條件語句的集合。（1）模糊自適應(yīng)PID參數(shù)控制器原理為根據(jù)偏差的絕對值、偏差變化率的絕對值的大小和調(diào)整時間的長短，不斷地在線修正PID參數(shù)、KI、KD。(3) 操作人員易于通過人的自然語言進行人機界面聯(lián)系，這些模糊條件語句很容易加入到過程的控制環(huán)節(jié)上。(3) 量化因子和比例因子的選擇量化因子Ke和Kec的大小對控制系統(tǒng)的動態(tài)性能影響極大。推理結(jié)果的獲得，表示模糊控制的規(guī)則推理功能已經(jīng)完成，但是至此所獲得的結(jié)果仍是一個模糊矢量，不能直接用來作為控制量，還必須作一次轉(zhuǎn)換，求得清晰的控制量輸出，即解模糊化。(2)知識庫知識庫是模糊控制器的一個重要組成部分，是基于專家知識或手動操作熟練人員長期積累的經(jīng)驗，包含了具體應(yīng)用領(lǐng)域中的知識和要求的控制目標，它通常由數(shù)據(jù)庫和控制規(guī)則庫兩部分組成：數(shù)據(jù)庫提供所有必要的定義所有輸入、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)庫中。 模糊控制系統(tǒng)原理框圖(1)模糊控制器：它是模糊控制系統(tǒng)的核心部分。從理論上講模糊控制器應(yīng)是連續(xù)型的控制器，但在工程上實現(xiàn)模糊控制都是采用數(shù)字計算機，所以在實際應(yīng)用中，模糊控制器又是一種離散型的控制器。但傳統(tǒng)的PID控制也存在許多不足，最突出的一點就是有關(guān)PID參數(shù)的問題。當TI較大時，則積分作用較弱，這時，有利于系統(tǒng)減小超調(diào)，過渡過程不易產(chǎn)生震蕩，但是消除靜差所需的時間較長，當TI較小時，則積分作用較強，這時系統(tǒng)過渡過程中有可能產(chǎn)生震蕩，但消除靜差所需的時間較短。然而在這種情況下，為什么PID控制器依然能在過程工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，其中一個原因，是許多高級控制策略都采用分層結(jié)構(gòu)，而PID控制被用于最底層；上層多變量控制器給底層的PID控制器提供設(shè)定值；另一個原因，是負責(zé)實際操作的技術(shù)人員要掌握復(fù)雜控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)比較難。這個調(diào)節(jié)器接受三個輸入調(diào)節(jié)信號：汽包水位作為主沖量信號，蒸汽流量作為前饋信號，給水流量作為內(nèi)反饋信號。(2)在給水擾動時，調(diào)節(jié)器要等到水位改變了以后才動作，又經(jīng)過一段時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)時間長[2]。但實際上，在擾動的初始瞬間，水位不但沒有下降反而是上升的，汽包水位不是H1而是H。水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離效果使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會使飽和蒸汽中含鹽量增高降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁上的結(jié)垢；水位過低，則可造成水的急速蒸發(fā)，汽水自然循環(huán)破壞，局部水冷管壁被燒壞嚴重時會造成爆炸事故。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時適應(yīng)負荷設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包滿水，或者燒成干鍋。 本文的主要研究內(nèi)容本論文就鍋爐汽包水位控制特性作為研究切入點，探討如何解決鍋爐汽包水位控制特性所提出的問題。其中，模糊PID控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點技術(shù)之一。產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象，會使過熱器管壁結(jié)垢導(dǎo)致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降、如果該蒸汽作為汽輪機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，必須對汽包液位進行自動調(diào)節(jié)，把水位嚴格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。 FUZZYPID control。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。正常運行時的鍋爐燃燒系統(tǒng)必須使出口的過熱蒸汽溫度維持在一定范圍內(nèi)，該參數(shù)的控制質(zhì)量直接影響著機組運行的安全性和經(jīng)濟性。因此，需要維持爐膛壓力在一定的范田之內(nèi)。模糊控制的優(yōu)點就是不需要建立對象的精確數(shù)學(xué)模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，然后由該表決定控制量的大小。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。第二章 鍋爐汽包液位系統(tǒng)特性與控制方法分析鍋爐是一種既受壓又直接受火的特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。汽包水位間接地表示了鍋爐負荷和給水的平衡關(guān)系，隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴大，對給水控制提出了更高的要求，其主要原因有：(l)汽包的個數(shù)和體積減少，使汽包的蓄水量和蒸發(fā)面積減少，從而加快了汽包水位的變化速度。當水面下汽泡容積不再變化，完全穩(wěn)定下來時，水位變化就隨著貯水量的增加而直線上升?？傊捎诖嬖凇疤摷僖何弧爆F(xiàn)象，當負荷蒸汽流量增加時，汽包水位開始不但不降反而上升，即先上升后下降。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的。當負荷變化時，液位可以保持無差。PID控制器的數(shù)學(xué)模型可以用下式表示： (31)式中，u（t）——控制器的輸出； e（t）——控制器輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號； KP——控制器的比例系數(shù)； TI—— 控制器的積分時間； TD——控制器的微分時間。令: ， ，則有： (36)其中，KI，KD分別為比例、積分、微分系數(shù)。所以，探求一種精確的整定方法有著重要的理論意義和工程應(yīng)用意義。模糊控制的基本思想就是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而人的控制經(jīng)驗一般是由語言來表達的，這些語言表達的控制規(guī)則又帶有相當?shù)哪：浴０讶说慕?jīng)驗用模糊條件語句表示，然后用模糊集合理論對語言變量進行量化，再用模糊推理對系統(tǒng)的實時輸入狀態(tài)進行處理，產(chǎn)生相應(yīng)的控制決策，這就是模糊控制器的工作過程。這些規(guī)則實質(zhì)是人類控制行為的一種語言描述。④加權(quán)平均法加權(quán)平均法是將各等級隸屬度與該等級值相乘，并求乘積和，然后除以隸屬度和，所得值即為控制決策值，即控制決策值=[∑(等級值隸屬度)]/ ∑隸屬度 (37)以上幾種方法各有優(yōu)缺點，在實際應(yīng)用中，究竟采用何種方法不能一概而論，應(yīng)視具體情況而定。 模糊控制器的優(yōu)缺點模糊控制器的基本思想是用機器去模擬人對系統(tǒng)的控制，它是受這樣事實而啟發(fā)的：對于用傳統(tǒng)控制理論無法進行分析和控制、復(fù)雜而無法建立數(shù)學(xué)模型的系統(tǒng)，有經(jīng)驗的操作者或?qū)＜覅s能取得比較好的控制效果。若要提高精度則必然增加量化級數(shù)，從而導(dǎo)致規(guī)則搜索范圍擴大，降低決策速度，甚至不能實時控制，有待人們進一步地研究探索。當偏差e在閥值之外時采用模糊控制，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)時自動轉(zhuǎn)換成PID控制工作，以獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。MATLAB語一言設(shè)計者的初衷是為了解決數(shù)學(xué)中“線性代數(shù)”課程的陣運算問題而進行開發(fā)的。交互式的模型輸入與仿真環(huán)境SIMULINK工具箱是MATLAB軟件的擴展，主要用于動態(tài)系統(tǒng)的仿真。 曲線衰減法的整定參數(shù)δ/%TiTdPδsPIPID 2．臨界比例度法在系統(tǒng)閉環(huán)情況下，將控制器的積分時間TI放到最大，微分時間TD放到最小，比例度δ設(shè)置為100%。當k時刻的水位偏差高于k1時刻的水位偏差，說明水量變化在增大，即實際水位有上漲趨勢，偏差變化為“負”；相反，當k時刻的水位偏差低于kl時刻的水位偏差，偏差變化為“正”，模糊控制器的輸出量是閥門開度u(k)的變化，它直接影響水位y(k)的變化。(2)輸入變量及輸出變量的模糊化進行模糊控制，要將上述輸入變量及輸出變量用模糊語言變量的模糊子集表示。若的過渡過程成衰減振蕩，則繼續(xù)減小δ值，若的過渡過程呈發(fā)散振蕩，則應(yīng)增大δ值，直到調(diào)至某一值，過渡過程出現(xiàn)不衰減的等幅振蕩，這時過渡過程稱之為臨界振蕩過程。用戶只需用鼠標器選擇所需模塊在模型窗口上“畫出”模型(雙擊任何模塊，即可代開該功能塊來完成參數(shù)的設(shè)定)，然后用鼠標器將它們連接起來，就可以構(gòu)成一個系統(tǒng)的框圖描述，亦即得出系統(tǒng)的SIMULINK描述。其他諸如信號處理、應(yīng)用數(shù)學(xué)等學(xué)科，也紛紛MATLAB中加入了各種實用的專用工具，使得MATLAB語言越來越完善功能越來越強大。一般輸入變量取為系統(tǒng)的偏差和偏差變化率，輸出變量為PID參數(shù)U。PID控制算法對大多數(shù)過程都具有較好的控制效果和適應(yīng)性，至今仍為控制過程所廣泛采用。因此人們希望把這種經(jīng)驗指導(dǎo)下的行為過程總結(jié)成一些規(guī)則，并根據(jù)這些規(guī)則設(shè)計出控制器。 模糊論域、量化因子和比例因子的選擇(1) 模糊論域和基本論域模糊控制器的輸入變量誤差、誤差變化的實際范圍稱為這些變量的基本論域，設(shè)誤差的基本論域為[emax，+emax]，誤差變化的基本論域為[ecmax，+ecmax]。(3)模糊推理推理是模糊控制器中，根據(jù)輸入模糊量，由模糊控制規(guī)則完成模糊推理來求解模糊關(guān)系方程，并獲得模糊控制量的功能部分。下面對其分別詳細說明：(1)模糊化所謂模糊化，就是把輸入E和EC根據(jù)輸入變量模糊子集的隸屬度函數(shù)，找出所定義的各個語言值的隸屬度的過程，從而把精確量輸入“模糊化”成不同的語言值，實現(xiàn)模糊控制的第一步。這就是模糊控制的基本思路。針對上述問題，長期以來，人們一直在尋求PID控制器參數(shù)的自整定技術(shù)，以適應(yīng)復(fù)雜的工況和高指標的控制要求。大多數(shù)反饋控制用該方法或其較小的變形來控制。分別介紹如下：(1) 比例部分比例部分數(shù)學(xué)式表示如下： (32)偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即有控制作用，使控制量朝著減小偏差的方向變化，控制作用強弱取決于比例系數(shù)，越大，控制作用越強，則過渡過程越短，控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)誤差也越小；但越大，超調(diào)量也越大，越容易產(chǎn)生震蕩，導(dǎo)致動態(tài)性能變壞，甚至?xí)归]環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。第三章 控制理論分析 PID控制理論 PID控制器簡述PID控制器產(chǎn)生并發(fā)展于19151940年期間，盡管自上世紀80年代以來，電子計算機的快速更新?lián)Q代和計算技術(shù)的高速發(fā)展，推動了控制理論研究的深入開展，出現(xiàn)了許多先進的控制算法，然而，以PID為原理的各種控制器仍是過程控制中不可或缺的基本控制單元。當給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。 鍋爐汽包水位控制汽包水位控制的目的就是要克服鍋爐負荷變化所引起的“虛假液位”的影響和各種干擾對水位的影響，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)變化。但由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水量變化后，使汽包內(nèi)汽泡含量減少，導(dǎo)致水位下降。(3)提高了鍋爐的工作壓力，給水管道系統(tǒng)相應(yīng)復(fù)雜，流量特性更不易滿足控制系統(tǒng)的要求。工業(yè)鍋爐中最常見的事故有：鍋爐缺水，鍋爐超壓，鍋爐滿水，汽水共騰，爐膛爆破，二次燃燒，鍋爐滅火等。(3)三沖量控制系統(tǒng)一般而言，鍋爐容量越大，汽包容水量相對就越小，允許的蓄水量就更小，這就要求提高汽包水位的控制。由此看來，將模糊控制引入鍋爐水位控制系統(tǒng)已是勢在必行。5．保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性鍋爐的熱效率主要取決于空燃比。所以，在鍋爐運行中必須保持過熱汽溫的穩(wěn)定性。而模糊控制不要求知道被控對象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)，魯棒性強，適合用于非線性、滯后系統(tǒng)的控制，但其靜態(tài)性能不能令人滿意，限制了它的應(yīng)用。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 PID control。為了滿足負荷設(shè)備的要求，保證鍋爐本身運行的安全性和經(jīng)濟性，工業(yè)鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù):1．保持汽包液位汽包液位是工業(yè)鍋爐正常運行的主要指標。通過對工業(yè)鍋爐自動調(diào)節(jié)任務(wù)的分析，我們知道:工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運行的主要指標之一，汽包水位是一個十分重要的被調(diào)參數(shù)。同時，人們也在其它控制方法上做了很多研究，例如：基于集散控制系統(tǒng)的鍋爐控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的鍋爐控制、基于專家控制的鍋爐控制、混沌PID智能控制器及遺傳算法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID智能控制器等。針對這個問題，三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進了給水量信號控制。汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，同時鍋爐汽包水位高度關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量。鍋爐水位自動控制(給水自動控制)的任務(wù)就是控制給水流量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性(給水量不變)可直接從公式(2l)導(dǎo)出： (26)經(jīng)拉式變換后: (27)其傳遞函數(shù)為: (28)上式可以用兩個動態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即: (29)在蒸汽流量F擾動下的階躍響應(yīng)曲線如圖2所示。 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號，即調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值