【正文】 b)T=5時 仿真結(jié)果 16 c)T=1時 仿真結(jié)果 d)T= 仿真結(jié)果 圖 44 改變 T值的 仿真結(jié)果 改變 ? 值 分別 取 ? =150 和 ? =50，仿真結(jié)果如圖 45 所示。 在仿真實驗中， 取 液位給定值為 0， 引入 20%的干擾 。系統(tǒng)衰減 加快，且能夠穩(wěn)定到給定值上，但還沒達(dá)到最佳。仿真程序如圖 416 所示。 三 沖量控制系統(tǒng)的仿真 研究 第一種三沖量控制系統(tǒng)的仿真 圖 423 第 一 種 三沖量控制系統(tǒng)的 仿真程序 26 取 鍋爐水位對象參數(shù)為： ?0 =， ? =100， ?f =， K=50， T=20。 當(dāng)給水 流量 和 蒸汽流量 同時 突然增加20%， 副回路和主回路輸出 仿真結(jié)果 分別 如 圖 428 和圖 429 所示 。 圖 436 20%給水流量干擾仿真結(jié)果 P=10， I=0， D=0 當(dāng) 蒸汽流量突然增加 20%， 如圖 437，約經(jīng)過 800 秒，液位穩(wěn)定到 給 定值，其最大超調(diào)約為 30%。 33 圖 438 20%蒸汽流量干擾下 K=85時 單沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 439 20%蒸汽流量干擾下 K=170時雙 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 440 20%蒸汽流量干擾下 K=175時三 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 34 對于雙沖量控制系統(tǒng)，當(dāng) K=170 時，仿真結(jié)果 如圖 439 所示，這時 K 達(dá)到臨界最大值， K 若大于 85，液位同樣會超出允許波動范圍， 使汽包水位降到危險程度以致 會 發(fā)生事故 。所以單沖量控制系統(tǒng)對 ? 的適用范圍應(yīng)在 90～ 110 之間。 對象特性在一定小范圍內(nèi)變化，三種控制系統(tǒng)仍可以繼續(xù)控制對象滿足生產(chǎn)要求，但是這時 PID 控制參數(shù) 已經(jīng) 不是最佳 參數(shù) 了。設(shè) ,eec 和 ,p i dk k k 均服從 正態(tài)分布，因此可得出各模糊子集的隸屬度，根據(jù) 各模糊 子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)模糊控制模型，應(yīng)用模糊合成推理設(shè)計 PID 參數(shù)的模糊矩陣表，查出修正參數(shù)代入下式計算： 39。但是由此不難看出， 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制實現(xiàn)自適應(yīng)控制 完全可以實現(xiàn)，并且簡單、易行，且能夠改進(jìn)控制質(zhì)量。然而對于 ? 的變化，三種控制系統(tǒng)對 ? 的魯棒性都較小。,39。,[3,1,1])。input39。ec39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。output39。Z39。trimf39。,2,39。,39。,[,])。output39。trimf39。 a=addmf(a,39。,3,39。 2 1 7 1 5 1 1。trimf39。Z39。output39。,39。,2,39。 a=addmf(a,39。ki39。output39。,[,])。,39。 a=addmf(a,39。trimf39。NM39。,[1,3])。,39。,1,39。 %參數(shù) e a=addmf(a,39。三沖量控制系統(tǒng) 克服了上述缺點， 對于給水的擾動 也 能夠及時克服，在蒸汽流量和給水流量共同影響下，能得到令人滿意的控制效果。與圖 53 比較，二者基本一樣。 模 糊控制設(shè)計的核心是總結(jié)工程人員的技術(shù)知識和實際操作經(jīng)驗，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對 ,p i dk k k 三個參數(shù)分別整定的模糊控制表 [5]。 圖 451 20%蒸汽 流量干擾下 ? =110時 單 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 綜上所述，通過對各控制系統(tǒng)魯棒性的仿真研究，可以知道，對于對象特性變化，三種控制系統(tǒng)都具有一定的魯棒性。同樣情況下，雙沖量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 如圖 442 所示，三沖量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 如圖 443 所示。 改變 K 值 根據(jù)前邊對對象特性的研究可知， K 越大假液位現(xiàn)象越嚴(yán)重且 持續(xù)時間越長 。 一般 C1等于 1 或小于 1， 在 這里我 發(fā)現(xiàn) 取 C1= 控制效果更好些。 主回路輸出 如圖 427所示 ，與第一種雙沖量控制系統(tǒng)的輸出基本相同 ，由此可見，三沖量控制系統(tǒng)對于副賄賂給水流量的干擾，能及時地加以克服，使汽包水位 能夠維持穩(wěn)定。這個程序與第一種 雙沖量控制系統(tǒng) 仿真程序的區(qū)別就是把加法器放在了控制器之前。這時是干擾最嚴(yán)重的時候，如圖 415， 超調(diào) 超過 100%， 液位輸出最小值低于液位允許波動范圍下限。仿真結(jié)果如圖410。 PID 控制器封裝子程序如圖 46（ b） 所示。與 圖 42 b）比較 ，可 以看出 T 越小，假液位上升越快 ， 假液位 現(xiàn)象也越嚴(yán)重 。 如圖 41 所示 ，控制通道傳遞函數(shù) 0() e() sWHSSS?? ??Q （ 41） 用一個 Integrator(積分 )模塊 和一個 Transport Delay(傳遞延遲 )模塊 串聯(lián) 實現(xiàn) 。 控制器參數(shù)有很多整定方法。在 SIMULINK 中能夠直接訪問 MATLAB中所有的工具箱，并可得到可視化的分析結(jié)果。 仿真軟件 和 最佳 PID 參數(shù)整定 方法 MATLAB 仿真軟件 簡介 MATLAB 名字有 Matrix 和 Laboratory 兩詞的前三個字母組合而成。 圖 33 雙沖量控制系統(tǒng)其它接法 三沖量控制系統(tǒng) 雙沖量控制系統(tǒng)還有兩個弱點：控制閥的工作特性不一定是 線性 的 ，要做到靜態(tài)補償比較困難；對于給水系統(tǒng)的干擾仍不能克服。圖 32 所示的連接方式中，加法器的輸出是 0 1 2 0CFP C P C P C? ? ? （ 31） PC— 水位 控制器的輸出； PF— 蒸汽流量變送器（一般經(jīng)開方器）的輸出； C0— 初始偏置值 (閥位的初值 ) C1,C2— 加法器的系數(shù)。如采用省煤器，則由于省煤器本身的延遲，會使 ? 增加到 100 200 秒之間。蒸汽流量、給水流量、 鍋爐排污、吹灰等對水位 都會 有影響。 （ 1） 鍋爐汽包水位的控制。 鍋爐的工藝流程 由于鍋爐的燃料種類、燃燒設(shè)備、制粉系統(tǒng)、爐體型式、鍋爐功能和運行要求不同，鍋爐有各種各樣的流程。 simulation study。 matlab I 目 錄 第 1 章 概述 ............................................................ 1 鍋爐的種類 .................................................. 1 鍋爐的工藝流程 .............................................. 1 鍋爐的工藝參數(shù)和主要控制系統(tǒng) ................................ 2 第 2 章 鍋爐汽包水位對象數(shù)學(xué)模型的歸納 .................................. 4 蒸汽負(fù)荷對水位的影響 ........................................ 4 給水流量對水位的影響 ........................................ 5 第 3 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的方案分析 .................................. 7 單沖量控制系統(tǒng) .............................................. 7 雙沖量控制系統(tǒng) .............................................. 8 三沖量控制系統(tǒng) .............................................. 9 第 4 章 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)程序設(shè)計與仿真研究 ......................... 11 仿真的目的和意義 ........................................... 11 仿真軟件和 最佳 PID 參數(shù)整定 方法 ............................. 11 鍋爐汽包水位對象程序設(shè)計與仿真研究 ......................... 13 鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)程序設(shè)計與仿真 研究 ..................... 17 各控制系統(tǒng)魯棒性的仿真研究 ................................. 32 第 5 章 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制器實現(xiàn)自適應(yīng)控制 ....................... 39 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制原理 ................................. 39 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制實現(xiàn)自適應(yīng)控制的初步設(shè)計 ........... 41 結(jié) 論 ................................................................. 44 參考文獻(xiàn) .............................................. 錯誤 !未定義書簽。 所有這些鍋爐， 種類各不相同，但蒸汽發(fā)生系統(tǒng)和蒸汽處理系統(tǒng)是基本相同的。 受控變量是汽 包水位，操縱變量是給水流量。鍋爐排污自汽包里放水，吹灰時使用鍋爐自身的蒸汽，這些都是短時間負(fù)荷的干擾。 根據(jù)鍋爐汽包水位蒸汽流量和給水流量對水位影響的動態(tài)特性可 歸納得出 控制通道數(shù)學(xué)模型為 0() e() sWHSSS?? ??Q （ 24） 干擾通道的數(shù)學(xué)模型為 f()( ) 1S KHSS S T S?? ? ? ?Q （ 25） 7 第 3章 鍋爐 汽包水位 控制系統(tǒng) 的方案 分析 汽包水 位是鍋爐運行的主要指標(biāo)。 a） 原理圖 b） 方塊圖 圖 32 雙沖量 控制系統(tǒng)原理圖 及方塊圖 現(xiàn)在分析這些系數(shù)的設(shè)置。為此，可再引入給水流量信號，構(gòu)成三沖量控制系統(tǒng)， 三沖量控制系統(tǒng) 原理 圖和方 框圖 如圖 34 所示。意為“矩陣實驗室” 。用 SIMULINK創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。常用的有經(jīng)驗湊試法、臨界比例度法、衰減振蕩法和響應(yīng)曲線法。干擾通道傳遞函數(shù) f()( ) 1S KHSS S T S?? ? ? ?Q （ 42） 道用兩個 Transfor F(傳遞函數(shù) )模塊，分別設(shè)置 Transfor F(傳遞函數(shù) )模塊參數(shù)成一個一階 慣性環(huán)節(jié)和一個比例積分環(huán)節(jié)求和 實現(xiàn) 。 在 T 小于 100 大于 1 的范圍內(nèi)較明顯。 P為比例系數(shù) kp， I為積分系數(shù) ki=kp/TI， D為微分系數(shù) kd=kpTD。此時系統(tǒng)輸出 在給定值附近衰減振蕩 ，但衰減速度太慢，應(yīng)再引入微分作用。此時，這個單沖量控制系統(tǒng)已不適用于這個鍋爐汽包液位系統(tǒng)的控制。 25 圖 422 20%蒸汽流量 干擾仿真結(jié)果 P=， I=， D= 當(dāng)蒸汽流量突然增加 20%，仿真結(jié)果如圖 422，與圖 412 基本相同。而與雙沖量控制系統(tǒng)相比，沒有改善對蒸汽流量干擾的克服能力。 也許這是由于我的 PID 參數(shù)不是最佳的，但是通過試驗發(fā)現(xiàn)，若 還取 C1小于或等于 1 很難 得到最佳曲線。 對于 單沖量控制系統(tǒng) ， 在 20%蒸汽流量干擾下， 當(dāng) K=85 時，仿真結(jié)果 如圖 438所示 ， 這時 K 達(dá)到臨界 最大值 ， K 若大于 85， 由于假液位現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)輸出超調(diào)過大，液位就會超出允許波動范圍， 使汽包水位降到危險程度以致 會 發(fā)生事故 。液位輸出都沒有超出液位允許波動范圍，對于 T的魯棒性都很強。對于 K 的變化，雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性強于單沖量控制系統(tǒng)， 三雙沖量控制系統(tǒng)與雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性差不多。 表 51 pk 的模糊規(guī)則表 ec pk? e NB NM NS ZO PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZO ZO NM PB PB PM PS PS ZO NS NS PM PM PM PS