基于fuzzypid控制的火電廠再熱器溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)-資料下載頁(yè)
2025-06-24 15:34本頁(yè)面
【正文】 形化工具之間是動(dòng)態(tài)鏈接的，在使用中，對(duì)任意一個(gè)GUI的參數(shù)或性質(zhì)被用戶修改，其他打開(kāi)的任何GUI中相應(yīng)的參數(shù)或性質(zhì)都自動(dòng)地被改變，這一點(diǎn)極大地方便了用戶對(duì)自己的模糊推理系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試 [11]。在MATLAB命令窗口中鍵入fuzzy，回車，進(jìn)入模糊邏輯編輯窗口(FIS Editor)。如圖41所示。圖41 模糊邏輯編輯窗口模糊決策采用Mamdani模糊推理法，解模糊數(shù)采用重心法。在Edit菜單下，選擇Add Variable/Input添加輸入，并將兩個(gè)輸入分別命名為E、EC，將輸出命名為U，其中E為偏差、EC為偏差變化率、U為閥門(mén)開(kāi)度。在再熱汽溫模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，取E、EC、U的論域均為[5 5]。 圖42為變量編輯窗口。圖42 變量編輯窗口對(duì)變量采用正、負(fù)兩個(gè)方向和零狀態(tài)的描述方法，即采用{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}7個(gè)狀態(tài)來(lái)描述。E、EC、U的隸屬函數(shù)選常用的三角形（trimf）隸屬度函數(shù)。圖43為E的隸屬度函數(shù)，EC和U的隸屬度函數(shù)與E的隸屬度函數(shù)相同。圖43 E的隸屬度函數(shù)控制規(guī)則是對(duì)專家的理論知識(shí)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。由第二章中所述本文共有49條控制規(guī)則如表41所示。表41 模糊控制規(guī)則表UENBNMNSZOPSPMPBECNBNBNBNMNMNMNSNSNMNBNMNMNSNSZOPSNSNMNMNSNSZOPSPMZONMNMNSZOPSPMPMPSNMNSZOPSPSPMPMPMNSZOPSPSPMPMPMPBPSPSPMPMPMPBPB在Eidt菜單下，選擇Rules進(jìn)入規(guī)則編輯器，按照表41中定義的規(guī)則形式，在 Rule Editer 內(nèi)設(shè)置E、EC和U的值，點(diǎn)擊 Add rule將相對(duì)應(yīng)的規(guī)則加入其中。形式如if E is NB and EC is NB then u is NB。規(guī)則編輯器窗口如圖44所示。圖44 模糊規(guī)則編輯窗口此外，在模糊規(guī)則編輯時(shí)，在View菜單下，選擇Rules可以在模糊規(guī)則觀察器中觀測(cè)到規(guī)則的變化過(guò)程，如圖45所示。圖45 模糊規(guī)則觀察器窗口在View菜單下，選擇Surface可以在輸出曲面觀察器中觀測(cè)輸出曲面圖，如圖46所示。圖46 輸出曲面觀察器窗口至此，一個(gè)完整的模糊控制器就設(shè)計(jì)完成了，顯然模糊控制是一種非線性控制。在File菜單下，選擇Export/To Workspace，將模糊控制器導(dǎo)入到工作間內(nèi)，這樣在SIMULINK才能夠鏈接到模糊控制器。在SIMULINK平臺(tái)下構(gòu)建該模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖，如圖47所示。圖47 模糊控制器的結(jié)構(gòu)圖被控對(duì)象為大慣性三階系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為： (41)對(duì)再熱汽溫采用Fuzzy控制仿真所設(shè)計(jì)的控制方案如圖48所示。圖48 Fuzzy控制再熱汽溫系統(tǒng)方案圖由此控制方案圖，在MTLAB/SIMULINK下，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿真框圖如圖49所示，并對(duì)其進(jìn)行仿真研究，檢驗(yàn)控制系統(tǒng)品質(zhì)。如果仿真的控制效果不滿意，一般首先調(diào)整比例變換因子，再調(diào)整隸屬度函數(shù)。圖49 Fuzzy控制再熱汽溫系統(tǒng)仿真框圖按圖49的仿真框圖進(jìn)行仿真，得到Fuzzy控制再熱汽溫系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖410所示。圖410 Fuzzy控制再熱汽溫單位階躍響應(yīng)曲線由圖410可知：超調(diào)量；上升時(shí)間tr=326s；調(diào)節(jié)時(shí)間ts=326s。對(duì)再熱汽溫采用FuzzyPID控制所設(shè)計(jì)的仿真方案如圖411所示。圖411 FuzzyPID控制再熱汽溫系統(tǒng)仿真方案圖在SIMULINK下，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿真框圖，如圖412所示。圖412 FuzzyPID控制再熱汽溫系統(tǒng)仿真框圖其中Subsystem為子系統(tǒng)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖47。按圖412的仿真框圖進(jìn)行仿真，得到fuzzyPID控制再熱汽溫系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖413所示。圖413 FuzzyPID控制再熱汽溫單位階躍響應(yīng)曲線由圖413可知：超調(diào)量；上升時(shí)間tr=149s；調(diào)節(jié)時(shí)間ts=149s。對(duì)再熱汽溫采用PID控制所設(shè)計(jì)的仿真方案如圖414所示。圖414 PID控制再熱汽溫方案圖由此控制方案圖，在SIMULINK下，將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的仿真框圖，如下圖415所示。圖415 PID控制再熱汽溫系統(tǒng)仿真框圖按圖415的仿真框圖進(jìn)行仿真，設(shè)置kp=；ki=；kd=。得到PID控制再熱汽溫系統(tǒng)的單位階躍響應(yīng)曲線如圖416所示。圖416 PID控制再熱汽溫系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)曲線由圖416可知：超調(diào)量；上升時(shí)間tr=89s；調(diào)節(jié)時(shí)間ts=542s。 仿真分析將三種控制策略下再熱汽溫系統(tǒng)仿真得到的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)制作為如表42。表42為三種控制策略下再熱汽溫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)表。表42 三種控制策略下再熱汽溫動(dòng)系統(tǒng)態(tài)性能指標(biāo)表上升時(shí)間調(diào)節(jié)時(shí)間超調(diào)量Fuzzy控制tr=326sts=326sPID控制tr=89sts=542sFuzzyPID控制tr=149sts=149s由表42可知：FuzzyPID控制超調(diào)量較PID控制減小了，同時(shí)上升時(shí)間和調(diào)節(jié)時(shí)間較Fuzzy控制縮短了?？?結(jié)由于被控對(duì)象再熱汽溫具有大慣性、時(shí)變、非線性和具有自平衡能力等特性，目前火電廠的再熱汽溫常規(guī)PID控制系統(tǒng)的控制過(guò)程不理想，本文針對(duì)再熱汽溫提出了FuzzyPID控制的方案。仿真實(shí)驗(yàn)表明：在再熱汽溫FuzzyPID控制系統(tǒng)中，既減小了較常規(guī)PID控制系統(tǒng)的超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間，又減小了較模糊控制系統(tǒng)的上升時(shí)間，F(xiàn)uzzyPID控制結(jié)合了PID控制和模糊控制各自的優(yōu)點(diǎn)，可以得到優(yōu)于常規(guī)PID控制方案的控制效果。由于客觀條件和自身能力的限制，論文中還存在一些不足和需要進(jìn)一步完善的地方，主要包括以下兩點(diǎn)：(1)仿真使用的被控對(duì)象的模型較為簡(jiǎn)單，系統(tǒng)的給定和干擾也只是采用了階躍信號(hào)，在今后的研究工作中有必要進(jìn)一步改進(jìn)。(2)目前，模糊控制大多處于理論和仿真的階段，本文的后續(xù)工作也只是處在理論與仿真的階段，如何能夠?qū)⑵鋺?yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)還需要做更多的工作。參考文獻(xiàn)[1] 王新一．300MW再熱器調(diào)溫系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性及H∞狀態(tài)變量控制策略在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究．大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2005[2] 孫增圻．智能控制理論與技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，1997[3] 葉之奎．發(fā)電廠熱力系統(tǒng)及輔助設(shè)備[M]．北京：水利電力出版社，1993[4] 鄒凌，孫玉強(qiáng)．模糊自整定PID控制器在再熱汽溫控制中的應(yīng)用研究[J]．微型計(jì)算機(jī)（測(cè)控自動(dòng)化）2005年第21卷第121期[5] 火力發(fā)電廠鍋爐設(shè)備/蘇州電力技工學(xué)校編修訂版[M]．北京：水利電力出版社，1993[6] 諸靜．模糊控制原理與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19951：400[7] 石兆三．模糊控制在熱力過(guò)程控制中的應(yīng)用[J]．中國(guó)電力，1995，28 (4)：4651[8] 張波．火電廠過(guò)熱蒸汽溫度串級(jí)模糊控制研究．重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文，2008[9] 林梅金，羅飛．模糊PID控制器在火電廠主汽溫控制中的應(yīng)用[J]．動(dòng)力工程，2005，4(2)：231234[10] 李華，范多旺，魏文軍，侯濤．計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，：62—71[11] 張曉華．控制系統(tǒng)數(shù)字仿真與CAD[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005[12] 胡一倩，呂劍虹，張鐵軍．一類自適應(yīng)模糊控制方法研究及在鍋爐汽溫控制中的應(yīng)用[J]．中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23(1)：136140[13] Li Zhibin．Application of Self Adaptation FuzzyPID Control for Main Steam Temperature Control System in Power Station [J]. 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