【正文】 迅速克服給水壓力變化對液位的影響，因為當給水壓力波動時，給水流量相應變化，此時只有待液位發(fā)生變化后調(diào)節(jié)器才能起作用。整定時首先置積分時間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，然后減小積分時間，在保持系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下，使靜差得到消除。 關于SIMULINKSIMULINK是MATLAB環(huán)境下的數(shù)字仿真工具，是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的集成環(huán)境。模糊控制不需要事先知道對象的數(shù)學模型，具有系統(tǒng)響應快、超調(diào)小、過渡過程時間短等優(yōu)點。5．模糊推理系統(tǒng)的選擇最常見的模糊推理系統(tǒng)是具有模糊產(chǎn)生器和消除器的模糊邏輯系統(tǒng)(Mamdani)型。但是，它往往會導致隸屬函數(shù)不同而中位數(shù)相同的現(xiàn)象，無法突出主要信息，這顯然不合理。 多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)的設計 汽包液位的多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)中，考慮到PID控制器是在小誤差范圍內(nèi)工作，為提高響應速度，適當增加積分部分的系數(shù)。當蒸汽流量與給水流量不平衡時，會產(chǎn)生“虛假液位”現(xiàn)象。但模糊控制的控制作用較粗糙，使得穩(wěn)態(tài)控制精度較低。從仿真結(jié)果我們看到，模糊控制有較好的魯棒性。首先通過研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐汽包液位控制特性與鍋爐的給水流量和蒸汽流量有關。由仿真曲線可以看出，最大超調(diào)量為38%，過渡過程較為平穩(wěn)。(2) 中位數(shù)判決法計算隸屬函數(shù)曲線同橫坐標軸圍成區(qū)域的面積，取1/2面積處橫軸坐標為決策值的方法叫做中位數(shù)法。因此，當EC為負時液位有上漲趨勢，如果此時液位為高，則應關閉水閥以減小入水量，使液位降下來；反之，開大水閥。本節(jié)討論純模糊控制方式的特點。截止到2005年，、該軟件的應用越來越廣。即將比例系數(shù)由小變大，并觀察系統(tǒng)的響應，直至得到過渡時間短、超調(diào)小的響應曲線。 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。這里的沖量指的是變量。 (34)ΔD——蒸汽負荷量。二者的轉(zhuǎn)換閾值根據(jù)事先給定的偏差范圍自動實現(xiàn)。輸出控制量的比例因子Ku作為模糊控制器總的增益，它的大小影響著控制器的輸出，Ku選擇過小會使動態(tài)響應過程變長，而Ku選擇過大會使系統(tǒng)振蕩加劇。但是，它往往會導致隸屬函數(shù)不同而中位數(shù)相同的現(xiàn)象，無法突出主要信息，這顯然不合理。這些概念都是建立在經(jīng)驗和工程判斷的基礎上的，其定義有一定的主觀性。由于模糊控制規(guī)則是總結(jié)操作人員控制經(jīng)驗得到的，所以，選擇的變量應當是操作人員能觀察到的變量。如人工控制水槽液位的經(jīng)驗可以表達為：若水槽無水或水較少時，則開大水閥；若液位和要求的液位相差不太大，則把水閥關小；若液位快接近要求的液位，則把閥門關得很?。唬@些經(jīng)驗規(guī)則中，“較小” 、“不太大” 、“接近” 、“開大” 、“關小” 、“關得很小”這些表示液位狀態(tài)和控制閥門動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句的形式，可以用模糊數(shù)學的方法來描述過程變量和控制作用的這些模糊概念及它們之間的關系，又可以根據(jù)這種模糊關系及某時刻過程變量的檢測值(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。雖然常規(guī)自適應控制技術可以解決一些問題，但范圍是有限的。當采樣周期很短時，用求和代替積分，用差商代替微商，使PID算法離散化，將描述連續(xù)時間PID算法的微分方程變?yōu)槊枋鲭x散時間PID算法的差分方程，數(shù)字PID位置型控制算式，如下式所示： (25)式中：u(k)——k采樣周期時的輸出； e(k)——k采樣周期時的偏差； Ts——采樣周期。它是應用最廣泛的一種控制器。5．基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制[4]的鍋爐控制現(xiàn)在許多人把人工神經(jīng)網(wǎng)絡控制應用于鍋爐控制中，達到了很好的控制效果，具有響應速度快，精度高和魯棒性強的特點。通過對工業(yè)鍋爐自動調(diào)節(jié)任務的分析，我們知道:工業(yè)鍋爐的汽包液位是正常運行的主要指標之一，汽包液位是一個十分重要的被調(diào)參數(shù)。為了滿足負荷設備的要求，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：(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。而模糊控制不要求知道被控對象的精確數(shù)學模型，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，限制了它的應用。就熱電廠而言，鍋爐產(chǎn)生的合格蒸汽用來推動汽輪機轉(zhuǎn)動，再由氣輪機帶動發(fā)電機,將機械能轉(zhuǎn)化為電能，送給用戶。(2) 維持蒸汽壓力蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負荷設備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。由此可見，鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行具有重要意義。神經(jīng)模糊控制系統(tǒng)具有控制簡單易于理解、方法簡便、調(diào)整靈活、計算量小使用性強、控制精確效果好等特點，不僅適用于過程控制，而且也適合實時控制。分別介紹如下：(1) 比例部分比例部分數(shù)學式表示如下： (22)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)Kp，Kp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??；但Kp越大，超調(diào)量也越大，越容易產(chǎn)生震蕩，導致動態(tài)性能變壞，甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。大多數(shù)反饋控制用該方法或其較小的變形來控制。在生產(chǎn)實踐中，人們發(fā)現(xiàn)有經(jīng)驗的操作人員雖然不懂被控對象模型，但卻能十分有效地對系統(tǒng)執(zhí)行控制。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關控制人員和專家的控制經(jīng)驗和知識組成的知識模型，是基于知識的控制，因此，模糊控制屬于智能控制的范疇。 (a)一維模糊控制器 (b)二維模糊控制器 (c)三維模糊控制器 模糊控制器的結(jié)構(gòu)模糊控制器的設計問題就是模糊化過程、知識庫(含數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫)、模糊推理和反模糊化計算四部分的設計問題。與模糊控制規(guī)則庫相關的主要有：過程狀態(tài)輸入變量和控制輸出變量的選擇和模糊控制規(guī)則的建立等。被控對象實際要求的變化范圍為模糊控制器輸出變量的基本論域，設其為[yu，+yu]，顯然基本論域內(nèi)的量為精確量。因為對復雜的生產(chǎn)過程很難獲得過程的精確數(shù)學模型，而語言方法卻是一種很方便的近似。第三章 鍋爐汽包液位系統(tǒng)特性與控制方法分析本章主要介紹了鍋爐汽包液位在給水流量和蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性，并對傳統(tǒng)的汽包液位單沖量、雙沖量及三沖量控制方式進行了分析與介紹。用傳遞函數(shù)來描述時，它相當于一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為： (38)本文中K取1，T取15。此方式將液位測量信號經(jīng)變送器送到液位調(diào)節(jié)器，液位調(diào)節(jié)器根據(jù)液位測量值與給定值的偏差去控制閥門，改變給水量來保持汽包液位在允許的操作范圍內(nèi)。為此再引入給水流量信號，即采用三沖量液位控制回路。3．若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但動態(tài)過程經(jīng)反復調(diào)整仍不能滿意，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)仿真，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)仿真。 模糊控制器的設計1．確定模糊控制器的輸入變量和輸出變量模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心，對于鍋爐汽包液位的模糊控制系統(tǒng)，一般采用常見的二維模糊控制器，即它的輸入變量是給定液位和實際液位的偏差和偏差的變化： (51) (52)公式(41)表示液位的偏差，其中y0(t)代表給定液位。該模糊推理系統(tǒng)的基本屬性設為：“與”運算采用極小運算，“或”運算采用極大運算，模糊蘊涵采用極小運算，模糊規(guī)則采用極大運算，去模糊化采用加權(quán)平均法。因此，中位數(shù)較少采用。KI。這是汽包液位控制最主要克服的問題之一。因此，我們采用多模態(tài)模糊PID控制，并給出仿真結(jié)果。同樣的，我們也觀察此模糊控制系統(tǒng)的動態(tài)特性、抗干擾性和抑制被控對象擾動性，做出了仿真結(jié)果。建立了鍋爐汽包液位控制特性的數(shù)學模型，分別采用PID控制手段和模糊控制方法來設計鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)，并進行了對比討論，最后采用模糊PID控制來設計鍋爐液位控制系統(tǒng)，仿真證明了采用多模態(tài)模糊PID控制優(yōu)于PID控制和純模糊控制。 模糊控制階躍響應曲線其參數(shù)經(jīng)湊試，最終確定為ke=，kec=23，ku=，設定值為10。 這個判別方法簡單易行，實時性也好，但它概括的信息量少，因為這種方法完全不考慮其它隸屬度較小的元素的影響和作用。 (a) e的隸屬度函數(shù) 　　　　(b) ec的隸屬度函數(shù)(c) u的隸屬度函數(shù) 輸入變量與輸出變量的隸屬度函數(shù)4． 模糊控制規(guī)則表 eec U NBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNBNMNSZENMNBNBNMNMNSZEPSNSNBNMNMNSZEPSPMZENMNSNSZEPSPMPMPSNMNSZEPSPMPMPBPMNSZEPSPMPMPBPBPBZEPSPMPBPBPBPB在設計模糊控制規(guī)則時，選取控制量變化的原則是：當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；但誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調(diào)，以系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要的出發(fā)點。第五章 多模態(tài)模糊PID控制系統(tǒng)設計及仿真研究 模糊控制系統(tǒng)的設計及仿真研究從上述汽包液位的PID控制方式仿真曲線可見，雖然穩(wěn)態(tài)誤差為0，但動態(tài)誤差較大，同時系統(tǒng)響應速度較慢。經(jīng)過不斷的更新和擴充，該公司于1984年推出MATLAB的正式版，并于1993年推出其微機版，以配合當時日益流行的Microsoft Windows操作系統(tǒng)一起使用。 　1．首先只整定比例部分。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。其中，單沖量控制系統(tǒng)以汽包液位測量為唯一的控制信號；雙沖量控制系統(tǒng)在汽包液位信號為主要控制信號的基礎上，加入蒸汽流量作為前饋信號；三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎上，又引進給水量控制信號作為內(nèi)環(huán)控制。 (33)Δw——給水流量的變化；Dmax——最大蒸汽負荷量。 多模態(tài)模糊PID控制原理這種控制策略是：在大偏差范圍內(nèi)，即偏差e在某個閾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落到閾值之內(nèi)時轉(zhuǎn)換成PID控制，以獲得良好的穩(wěn)態(tài)性能。量化因子Ke和Kec的大小影響著輸入變量誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度，Ke和Kec兩者之間也相互影響。中位數(shù)法比最大隸屬度法包含了更多的信息。(1) 數(shù)據(jù)庫模糊邏輯控制中的數(shù)據(jù)庫主要包括：量化等級的選擇、量化因子、比例因子和模糊子集的隸屬度函數(shù)。模糊控制器的結(jié)構(gòu)指的是確定哪些變量是它的輸入變量，哪些變量是它的輸出變量。模糊控制的基木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Ｈ欢捎谝幌盗性?，諸如被控對象或過程的非線性、時變性、多參數(shù)間的強烈耦合、較大的隨機干擾、過程機理錯綜復雜、各種不確定性以及現(xiàn)場測量手段不完善等，難以建立被控對象的數(shù)學模型。 在計算機中，PID控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。第二章 控制理論分析 PID控制理論PID控制器即比例、積分、微分控制器。集散控制系統(tǒng)用于鍋爐控制中，使得系統(tǒng)運行穩(wěn)定、無振蕩、蒸汽耗熱量大大降低，提高動態(tài)控制品質(zhì)，改善勞動環(huán)境，收到良好的經(jīng)濟效益。因此，必須使空氣和燃料維持適當?shù)谋壤?，使鍋爐工作在最佳工況下，使鍋爐熱效率最高，避免環(huán)境污染，達到節(jié)能降耗的目的。所以，要把壓力、液位、溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。傳統(tǒng)的鍋爐汽包液位三沖量控制系統(tǒng)大都采用PID控制。為此，生產(chǎn)過程的各個主要工藝參數(shù)必須嚴格控制。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導管和負荷設備都是不利的。本文以鍋爐汽包液位控制為例來研究模糊PID復合控制在鍋爐控制中的應用。6．基于專家控制[8]的鍋爐控制專家控制是基于知識的智能控制，它是人工智能、專家系統(tǒng)、自動控制、模糊技術相結(jié)合的產(chǎn)物。因此，比例系數(shù)Kp選擇必須適當，這樣才能取得過渡時間短、穩(wěn)態(tài)誤差小而又穩(wěn)定的效果。PID調(diào)節(jié)器及其改進型是在工業(yè)過程控制中最常見的控制器。模糊數(shù)學的創(chuàng)始人，扎德教授舉過停車的例子，正如一個汽車司機，不懂汽車模型而能很好地駕駛汽車一樣。因此可以說，模糊控制是以人的控制經(jīng)驗作為控制的知識模型，以模糊集合、模糊語言變量以及模糊邏輯推理作為控制算法的數(shù)學工具，用計算機來實現(xiàn)的一種智能控制。下面分別予以介紹。3. 模糊推理