【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(jì)）質(zhì)量 論文（設(shè)計(jì)）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(jì)）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(jì)）水平 論文（設(shè)計(jì)）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(jì)是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 論文（設(shè)計(jì)說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評(píng)定成績(jī)： □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 教研室主任（或答辯小組組長(zhǎng)）： （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(jì)（論文） 2 鍋爐汽包水位的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(huì)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(chǎng)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(shí)間常數(shù)。當(dāng)給水系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，同樣需等水位發(fā)生變化時(shí)才起控制作用，干擾克服不及時(shí)。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(duì)就越小，允許波動(dòng)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(jì)（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(duì)象或過程存在非線性、時(shí)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(cuò)綜復(fù)雜、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量條件不足時(shí)，則不可能建立被控對(duì)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(duì)于那些測(cè)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(duì)象等場(chǎng)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(jì)（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(duì)其設(shè)計(jì)方法進(jìn)行闡述，在設(shè)計(jì)中要注意四個(gè)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(dòng)范圍與控制要求的論域范圍常常不能一致，這時(shí)就要通過尺度變換將其變換到合適的論域范圍。規(guī)則庫(kù)根據(jù)控制目的和控制策略給出了一套由語(yǔ)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(shí)，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(jì)（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(duì)應(yīng)的輸出值多于一個(gè)時(shí)，簡(jiǎn)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(gè)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(jì)（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(huì)對(duì)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(dòng)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(shí)間過長(zhǎng)。 簡(jiǎn)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(duì)值及偏差變化率的絕對(duì)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(jì)（論文） 27 pK = ? ?1 | |,| |f E EC ； （ 4當(dāng)該系數(shù)取為 ? ?ivv? 時(shí)，即取其隸屬度函數(shù)值時(shí)，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(gè)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(duì)于一組給定輸入 { 00201 ,..., psss }，最終輸出 0v 可以通過對(duì)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(gè)數(shù)有限時(shí)，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(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)、解模糊設(shè)計(jì)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(guó)的 Pipps等人采用模糊控制對(duì)十字路口的交通管理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，車輛的平均等待時(shí)間減少 7%。為了確保當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)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(shí)，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(shí)，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(dòng)厲害，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蛊唤档轿ｋU(xiǎn)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(shí)對(duì)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(dòng)透平的動(dòng)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(yǔ)言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)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(cè)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(shí)，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(jì)（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(shí)，它近似于一個(gè)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(gè)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(huì)發(fā)生危險(xiǎn)；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(gè)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的操作人員用手動(dòng)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(gè)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(duì)象獲取數(shù)字 信號(hào)量，并將模糊控制器決策的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過數(shù)模變換，將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)，送給執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制被控對(duì)象。首先，輸入、輸出變量必須是可控可測(cè)的，通常可以調(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(duì)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(jì)的關(guān)鍵在于如何有效在建立知識(shí)庫(kù)即數(shù)據(jù)庫(kù)和規(guī)則庫(kù)，決策邏輯控制實(shí)際上是依賴規(guī)則庫(kù)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(yǔ)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(shí)，為加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，應(yīng)取較大的 pK ；同時(shí)，為避免由于開始瞬時(shí)變大會(huì)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(duì)積分加以限制，取 iK 為零。 式 可用一個(gè) 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(shí)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(jì)（論文） 26 對(duì)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