【正文】 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 學(xué)生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 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(shí)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 評定成績： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學(xué)系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計 摘 要 汽包水位是鍋爐運(yùn)行的重要指標(biāo)。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。過高，飽和水蒸氣將會帶水過多，導(dǎo)致過熱器管壁結(jié)垢并損壞，進(jìn)而進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽帶液損壞汽輪機(jī)葉片，產(chǎn)生安全事故；反之，水位過低，汽化過快，鍋爐供水不足，致使水冷壁燒壞，甚至引起爆炸。 鍋爐設(shè)備根據(jù)用途、燃料性質(zhì)、壓力高低等有多種類型和稱呼，工藝流程多種多樣，其蒸汽發(fā)生系統(tǒng)主要由給水泵、給水控制閥、省煤器、汽包及循環(huán)管等組成。 （ 4） 鍋爐水處理過程的 控制。 3)開發(fā)鍋爐成套軟件和裝置，具有良好的產(chǎn)業(yè)化前景和廣闊的市場容量。在給水量作階躍變化后，汽包水位 不是馬上增加，而是呈現(xiàn)一段起始慣性段。 2） 式中， fK 飛升速度，即在蒸汽流量變化單位流量里水位的變化速度，htsmm ； 2K 響應(yīng)曲線 2H 的放大系數(shù)； 2T 響應(yīng)曲線 2H 的時間常數(shù)。當(dāng)給水系統(tǒng)出現(xiàn)擾動時，同樣需等水位發(fā)生變化時才起控制作用，干擾克服不及時。目前鍋爐都向大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，一般講鍋爐容量越大，汽包的容水量相對就越小，允許波動的蓄水量就更少。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 第 3 章 模糊控制原理 在現(xiàn)代控制過程中，當(dāng)被控對象或過程存在非線性、時變性、多參數(shù)間的強(qiáng)烈耦合和較大的隨機(jī)干擾，以及過程機(jī)理錯綜復(fù)雜、現(xiàn)場測量條件不足時，則不可能建立被控對象或過程的精確數(shù)學(xué)模型。模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用對于那些測量數(shù)據(jù)不確切、要處理的數(shù)據(jù)量過大以致無法判斷它們的兼容性、一些復(fù)雜可變的被控對象等場合是有益的，利用模糊逼近來表示北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 它們是非常合適的。 鑒于以上優(yōu)缺點(diǎn)，人們提出了許多解決方案，其中 FuzzyPID控制就是常用且較為有效的一種形式。 上文中已經(jīng)介紹了模糊控制器的組成結(jié)構(gòu)，下面對其設(shè)計方法進(jìn)行闡述，在設(shè)計中要注意四個方面的問題： （ 1） 選擇合適的輸入、 輸出變量。 ② 尺度變換，實(shí)際的輸入量，其波動范圍與控制要求的論域范圍常常不能一致，這時就要通過尺度變換將其變換到合適的論域范圍。規(guī)則庫根據(jù)控制目的和控制策略給出了一套由語言變量描述的通過如專家或自學(xué)習(xí)產(chǎn)生的控制規(guī)則集合，在建立控制規(guī)則時，首先要諸如狀態(tài)變量的選擇、規(guī)則類型的選擇和規(guī)則數(shù)目的確定。與模糊控制規(guī)則相關(guān)的主要有過程狀態(tài)輸入變 量和控制輸出變量的選擇、模糊控制規(guī)則的建立和模糊控制輸出變量的選擇、模糊控制規(guī)則的建立。通過定義正則化權(quán)系數(shù) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 ??? Nk kiiww1? i=1， 2， ...,N （ 3即 )(max0 vv v?? Vv? 如果在輸出論域 V中，其最大隸屬度函數(shù)對應(yīng)的輸出值多于一個時，簡單的方法是取所有具有最大隸屬度輸出的平均，即 ??? Jj jvJv 10 1 ))((max vv vVvj ??? |}{| vJ? （ 3伴隨智能控制理論的發(fā)展，模糊 PID 的控制算法便是可解決此問題的一個優(yōu)先策略。其中，以上函數(shù)關(guān) 系均為由模糊控制器決定的非線性函數(shù)。 4） 其中 iE 、 jEC 、 pijK 分別是定義在 E、 EC、 pK 上的模糊集。結(jié)合實(shí)際控制中的操作經(jīng)驗(yàn)，在調(diào)節(jié)過程初期，北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 微分作用應(yīng)當(dāng) 加大，以此來避免超調(diào)現(xiàn)象的發(fā)生；在調(diào)節(jié)過程中期， dK 的變化會對調(diào)節(jié)特性有很大的影響， dK 的取值應(yīng)當(dāng)較小，而且保持固定；調(diào)節(jié)過程的后期，要減小被控過程的制動作用，減小 dK 的值，來補(bǔ)償調(diào)節(jié)過程初期 dK 較大所導(dǎo)致的調(diào)節(jié)過程時間過長。 簡言之，就是在常規(guī) PID 控制器的基礎(chǔ)上，通過模糊集合理論建立參數(shù) pK ， iK ，dK 同偏差的絕對值及偏差變化率的絕對值之間的函數(shù)關(guān)系： 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 pK = ? ?1 | |,| |f E EC ； （ 4當(dāng)該系數(shù)取為 ? ?ivv? 時，即取其隸屬度函數(shù)值時，就轉(zhuǎn)化為重心法了。與所有學(xué)習(xí)系統(tǒng)一樣，自組織模糊控制器也需要一個學(xué)習(xí)性能指標(biāo)來保證學(xué)習(xí)的收斂性。如果模型已知，則對于一組給定輸入 { 00201 ,..., psss }，最終輸出 0v 可以通過對第一條規(guī)則推理輸出 iv 的加權(quán)平均得到 ?????NiiNiiiwvwv110 （ 3 當(dāng)論域離散且元素個數(shù)有限時，模糊集合的隸屬函數(shù)可以用向量或表格的形式來表示。 3） 鐘型：? ?F 211 Fxc? ? ?? （ 3其中，模糊化、知識庫設(shè)計、解模糊設(shè)計最為重要。被控制量往往是非電量，如溫度、壓力、流量、濃度、 濕度等。 （ 2） 自適應(yīng)能力有限。 1977年英國的 Pipps等人采用模糊控制對十字路口的交通管理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，車輛的平均等待時間減少 7%。為了確保當(dāng)負(fù)荷變化時水位無余差，必須保證物料平衡，由此確定分流系數(shù)w? 、 D? 的值。在給水壓力比較平衡時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達(dá)到調(diào)節(jié)要求的。等到 虛 假水位消失時，由于蒸汽量增加，送水量反而減少，將使水位嚴(yán)重下降，波動厲害，嚴(yán)重時甚至?xí)蛊唤档轿ｋU程度而發(fā)生事故，因此這種系統(tǒng)克服不了虛假水位帶來的嚴(yán)重后果。而實(shí)際水位則為二者疊加。 由于給水溫度要比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水流量增加后，需從原有飽和水中吸取部分熱量， 使水位下氣泡容積 減少。近年來，把傳統(tǒng)控制理論與模糊邏輯、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等人工智能技術(shù)相結(jié)合，充分利用人類控制知識對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制，逐漸形成了智能控制理論的雛形。組成的燃燒系統(tǒng)的控制方案要滿足燃燒所產(chǎn)生的熱量，適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的需要；使燃料與空氣量之間保持一定的比值，保證燃燒的經(jīng)濟(jì)必和鍋爐的安全運(yùn)行；使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，保持爐膛負(fù)壓在一定范圍內(nèi)。它所產(chǎn)生的高壓蒸汽既可以作為驅(qū)動透平的動力源，又可以作為精餾、干燥、反應(yīng)、加熱等過程的熱源。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準(zhǔn)請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 鍋爐汽包水位的控制又比較復(fù)雜，其中存在的虛假液位、滯后性、不易檢測性等等又使傳統(tǒng) 控制很難達(dá)到較為完善的控制要求。 工作時，燃料與熱空氣按一定比例送入鍋爐燃燒室燃燒，生成的熱量傳遞給蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，產(chǎn)生飽和蒸汽，然后經(jīng)過過熱器，形成一定氣溫的過熱蒸汽，再匯集到蒸汽母管。這部分主要使鍋爐給水的水性能指標(biāo)達(dá)到工藝要求。 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第 2 章 鍋爐汽包水位的控制 汽包水位是鍋爐正常運(yùn)行的重要指標(biāo)。作傳遞函數(shù)來描述時，它近似于一個積分環(huán)節(jié)和純滯后環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為： 0()() sHs KeWs ??? （ 2 虛假水位的變化大小與鍋爐的工作壓力和蒸發(fā)量等有關(guān)。 為了克服上面的三個問題，除了依據(jù)汽包水位以外，也可依據(jù)蒸汽流量和給水流量的變化來控制給水閥，將能獲得良好的控制效果，這就產(chǎn)生了雙沖量和三沖量水位控制系統(tǒng)。如果給水中斷，可能在 10~20秒內(nèi)就會發(fā)生危險；如果僅是給水量與蒸發(fā)量不相適應(yīng)，在一分鐘到幾分鐘內(nèi)也將發(fā)生缺水或滿水事故。因此，基于模型的控制方法，往往不如一個有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的操作人員用手動進(jìn)行控制的效果好。 在控制工程中，人們加以總結(jié)，可以把憑經(jīng)驗(yàn)所采取的相應(yīng)措施總結(jié)成一條條控制規(guī)則，如水位太高則減小給水量，溫 度太低則增加燃燒量等等。 第 節(jié) 模糊控制的基本原理 圖 模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 以上為模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)圖，易得模糊系統(tǒng)由 5個主要部分組成： （ 1） 輸入 /輸出接口裝置：模糊控制器通過輸入 /輸出接口從被控對象獲取數(shù)字 信號量，并將模糊控制器決策的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對象。首先，輸入、輸出變量必須是可控可測的，通?？梢哉{(diào)節(jié)量的誤差、誤差的變化和誤差的二階導(dǎo)數(shù)做為輸入變量，輸出變量選擇控制量或控制量的變化。 對于線性的變量可有如下方法， )2(2 *m a x*m i n*0m a xm i n0 xxxkxxx ????? *min*max minma xx xxk ??? （ 3 模糊控制器設(shè)計的關(guān)鍵在于如何有效在建立知識庫即數(shù)據(jù)庫和規(guī)則庫，決策邏輯控制實(shí)際上是依賴規(guī)則庫來實(shí)現(xiàn)的。 ?過程狀態(tài)輸入變量和控制輸出變量的選擇 用語言方式來定義模糊控制規(guī)則比用數(shù)學(xué)方式更容易。 6） 則可將方程式（ ）的推理輸出化為給定輸入的線性組合 )(...)()(...)(...)()(...)(...)()(0011000110011011111100pNNpNNNNpiipiiiippsasaasasaasasaav????????????????????? （ 3 8） J為具有最大隸屬度輸出的總數(shù)。 第 節(jié) 輸入輸出變量的選擇 汽包水位的控制中，考慮到控制算法的復(fù)雜程度，通常采用二維模糊控制器的結(jié)構(gòu)形式。 PID 中 pK ， iK ， dK 參數(shù)整定的原則 （ 1） |E|較大時，為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的 pK ；同時，為避免由于開始瞬時變大會導(dǎo)致微分的過飽和使控制作用超出許可范圍，應(yīng)當(dāng)取較小的 dK ，抑制微分作用；其次，為防止出 現(xiàn)較大超調(diào)，出現(xiàn)積分飽和，應(yīng)當(dāng)對積分加以限制，取 iK 為零。 式 可用一個 ijE EC? 到 pijK 的模糊關(guān)系 R來描述，即： ? ?i j pijR E EC K? ? ? （ 4顯然，在 汽包水位的控制這類時變且不確定性系統(tǒng)中， dK 不可為定值。 圖 微分系數(shù) Kd 的隸屬函數(shù) 北京化工大學(xué)北方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 對應(yīng)于偏差 E偏差變化率 EC 和參數(shù) pK ， iK ， dK 的隸屬度進(jìn)行賦值，如下表： 表 E， EC， pK , dK 的隸屬度賦值表 E/EC/ pK / dK 3 2 1 0 1 2 3 NB 1 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 ZO 0 0 1 0 0 PS 0 0 0 1 0 PM 0 0 0 0 1 PB 0 0 0 0 0 1 表 iK 的隸屬度賦值表 iK 0 NB 1 0 0 0 0 0 NM 1 0 0 0 0 NS 0 1 0 0 0 ZO 0 0 1 0 0 PS 0 0 0 1 0 PM 0 0 0