【導(dǎo)讀】蒸汽動力裝置的安全經(jīng)濟(jì)運行有著重大影響。若過熱器內(nèi)蒸汽溫度過高，則。會燒壞過熱器高溫段；若溫度過低，則會降低熱效率和影響汽輪機(jī)安全運行。過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的被控對象慣性和延遲較大，具有非線性、尤其是大容量、高參數(shù)的船舶控制系統(tǒng)，被控對象更加復(fù)雜，對控制系統(tǒng)的要求更高，常規(guī)的汽溫串級控制已經(jīng)不能滿足要求。境下的非線性實時控制。最后應(yīng)用MATLAB軟件分別進(jìn)行了常規(guī)PID控制和CMAC與PID. 更快的控制響應(yīng)速度，實時性好，抗干擾能力強。CMAC與PID復(fù)合控制方。法應(yīng)用在船舶過熱蒸汽溫度控制中，可以改善過熱蒸汽溫度控制的品質(zhì)。

　　

【正文】 理和圖形顯示于一體 ,構(gòu)成了一個方便的、界面友好的用戶環(huán)境。 MATLAB 的推出得到了各個領(lǐng)域的廣泛關(guān)注 ,其強大的擴(kuò)展功能為各個領(lǐng)域的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。由各個領(lǐng)域的專家學(xué)者相繼推出了 MATLAB 工具箱 ,其中主要有信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、圖像處理、魯棒控制、非線性系統(tǒng)控制設(shè)計、系統(tǒng)辨識、最優(yōu)化、 μ分析與綜合、模糊邏輯、小波、樣條等工具箱 ,而且工具箱還在不斷增加 ,借助 于 MATLAB的這些工具箱 ,人們可直觀、方便地進(jìn)行分析、計算及設(shè)計工作 ,從而大大地節(jié)省了時間 ,并能很快地設(shè)計出更多的解決方案來確保未來更多、更高的技術(shù)需哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 24 要。為了準(zhǔn)確地把一個控制系統(tǒng)的復(fù)雜模型輸入給計算機(jī) ,然后對之進(jìn)行進(jìn)一步的分析與仿真 ,MathWorks 公司為 MATLAB 提供了新的控制系統(tǒng)模型圖形輸入與仿真工具 ,并定名為 SIMULINK。 SIMULINK 有兩個明顯的功能 :仿真與連接 ,亦即可以利用鼠標(biāo)在模型窗口上畫出所需的控制系統(tǒng)模型 ,然后利用該軟件提供的功能來對系統(tǒng)直接進(jìn)行仿真。很明顯 ,這種做法使得一個很 復(fù)雜系統(tǒng)的輸入變得相當(dāng)容易。 Simulink的出現(xiàn) ,更使得 Matlab為控制系統(tǒng)的仿真與其在 CAD中的應(yīng)用打開了嶄新的局面。 SIMULINK 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包 ,不僅界面友好且支持更靈活的模型描述手段。用戶既可直接用方塊圖來輸入仿真模型 ,也可用 Matlab 語言編寫 M文件來輸入。既可以純圖形方式輸入 ,也可以純文本方式來輸入。還可將上述兩種方法交叉混合使用。既可對連續(xù)系統(tǒng)也可對離散系統(tǒng)進(jìn)行仿真 ,還適合于采樣保持系統(tǒng)。同時 ,它也具有能在仿真進(jìn)行的過程中動態(tài)改變仿真參數(shù)的功能。因此可 以不難理解它自推出以后 ,就一直受到歐美和日本等國家或地區(qū)的控制界學(xué)者的青睞。 SIMULINK 為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口 ,采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用筆和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分和差分方程建模相比 ,具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。 SIMULINK 包含有 Sinks(輸出方式 )、 Source(輸入源 )、 Linear(線性環(huán)節(jié) )、 Nonlinear(非線性環(huán)節(jié) )、Connections(連接與接口 )和 Extra (其它環(huán)節(jié) )子模型庫 ,而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊。用戶也可以定制和 創(chuàng)建用戶自已的模塊。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。用戶可以從最高級開始觀看模型 ,然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊 ,來查看其下一級的內(nèi)容 ,以此類推 ,從而可以看到整個模型的細(xì)節(jié) ,幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。 在定義完一個模型以后 ,用戶可以通過 SIMULINK的菜單或 MATLAB命令窗口鍵入命令來對它進(jìn)行仿真。菜單方式對于交互工作非常方便 ,而命令行哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 25 方式對于運行一類仿真非常有用。采用 SCOPE 模塊和其它的畫圖模塊 ,在仿真進(jìn)行的同時 ,就 可觀看到仿真結(jié)果。除此之外 ,用戶還可以在改變參數(shù)后能迅速觀看系統(tǒng)中發(fā)生的變化情況。仿真的結(jié)果還可以存放到 MATLAB 的WORKSPACE(工作空間 )里做事后處理。由于 MATLAB 和 SIMULINK 是集成在一起的 ,因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自已的模型進(jìn)行仿真、分析和修改。 基于 常規(guī) PID 控制 的 過熱蒸汽溫度控制 仿真研究 基于常規(guī) PID 控制的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 26 圖 常規(guī) PID 控制 程序流程圖 進(jìn)行常規(guī)的 PID 控制仿真研究， SIMULINK 仿真 見圖 ， 采用湊試法先 選取 PID 參數(shù)為 P=3 ， I=0， D=20。 初始化 誤差 youtrine ?? 被控對象 常規(guī) PID 控制器 輸出 yout 開始 結(jié)束 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 27 圖 常規(guī) PID 控制 SIMULINK 仿真 圖 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000024681012溫度/℃t/s 圖 常規(guī) PID 控制 SIMULINK 仿真 結(jié)果曲線 得到仿真結(jié)果曲線如圖 所示，從響應(yīng)曲線可以看到此時 系統(tǒng)穩(wěn)定，哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 28 但超調(diào)量大 ，調(diào)節(jié)時間較長，穩(wěn)態(tài)誤差大。 經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整 PID 參數(shù)，確定為 P=， I=， D=100。仿真結(jié)果如圖，從仿真結(jié)果曲線可以看到， 此時系統(tǒng)穩(wěn)定，超調(diào)量在 20%以內(nèi)，滿足要求。選取 的 仿真 時間為 1000s，給定輸入為階躍信號 r=1，在 600s 時加入蒸汽流量擾動，幅值為 1。 從仿真結(jié)果圖可以看 到 ， 調(diào)節(jié)時間 ts=400s，系統(tǒng)在400s 時達(dá)到穩(wěn)定， 600s 加入減溫水流量擾動后，在 900s 系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)定。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000024681012t/s溫度/℃ 圖 SIMULINK 仿真 結(jié)果曲線 基于 CMAC 與 PID 復(fù)合控制 的 過熱蒸汽溫度控制 仿真研究 基于 CMAC 與 PID 復(fù)合控制的過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)程序流程圖如圖 所示。 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 29 圖 CMAC 與 PID 復(fù)合控制程序流程 圖 MM=1？ 參數(shù)初始化 輸入 )()()( kykrke ?? PID 控制 過熱蒸汽溫度 ()puk 參數(shù) 更新 量化（概念映射 ） 編碼（實際映射） CMAC函數(shù)計算 ()nuk ( ) ( )Pu k u k? ( ) ( ) ( )nPu k u k u k?? Y N yout 開始 結(jié)束 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 30 進(jìn)行 基于 CMAC 與 PID 復(fù)合 控制 的 仿真研究， SIMULINK 仿真如圖 采樣時間 ts=， CMAC 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù) N=300， C=5， PID 參數(shù) Kp=，Ki=， Kd=100； 選取仿真時間為 1000s，給定輸入為階躍信號 r=1，在 600s時加入蒸汽流量擾動，幅值為 1。 得到系統(tǒng)響應(yīng)曲線如圖 。 圖 基于 CMAC 與 PID 復(fù)合 控制 的 SIMULINK 仿真圖 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 31 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100010123456 圖 PID 控制器的輸出 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 32 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100010123456 圖 CMAC 控制器的輸出 哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 33 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000024681012t/s溫度/℃ 圖 CMAC 與 PID 復(fù)合 控制 的 SIMULINK 仿真 結(jié)果曲線 從仿真 結(jié)果 曲線 中可以看出， 調(diào)節(jié)時間 ts=350s，系統(tǒng)在 350s 時達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在 600s 加入減溫水流量擾動后， 800s 時重新恢復(fù)了穩(wěn)定。 常規(guī) PID 控制與 基于 CMAC 與 PID 復(fù)合控制的 仿真結(jié)果對比與分析 通過仿真結(jié)果可以看出， CMAC 與 PID 的復(fù)合控制具有更好的控制響應(yīng)速度，在加入干擾的情況下，由于 CMAC 的加入使得干擾作用下的控制系統(tǒng)更快地恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)， CMAC 與 PID 的復(fù)合控制在一定程度上克服了常規(guī) PID 控制器響應(yīng)速度慢、調(diào)節(jié)時間長的一些弊端，使控制效果得到提高。 本章小結(jié) 本章在船舶過熱蒸汽溫度控制串級控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，分別采用常規(guī) PID 控制器和 CMAC 與 PID 復(fù)合控制的兩種控制策略進(jìn)行了 MATLAB下的仿真控制研究，通過對兩種控制策略所得仿真結(jié)果曲線對比分析，基于哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 34 CMAC 與 PID 復(fù)合控制策略克服了常規(guī) PID 控制器響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)時間長的弊端，在干擾的情況下能夠更快地恢復(fù)穩(wěn)定，具有更好的抗干擾能力。哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 35 結(jié) 論 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較強的逼近非線性函數(shù)的能力，并具有自適應(yīng)學(xué)習(xí)、并行分布處理和較強的魯棒性及容錯性等特點，為解決船舶過熱蒸汽溫度控制這種復(fù)雜非線性系 統(tǒng)的控制問題提供了一種有效途徑。由于常用的 PID 控制器只能應(yīng)用于線性控制系統(tǒng)，且存在響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)時間長，抗干擾能力差等特點， 由于 近年來，小腦模型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制己成為人們的研究熱點 并已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用 。 本文在現(xiàn)有大型船舶鍋爐過熱蒸汽溫度控制難以取得滿意效果的情況下， 根據(jù)船舶鍋爐過熱蒸汽溫度控制系統(tǒng)的工作原理 ， 在單純根據(jù)主汽溫的偏差采用單回路調(diào)節(jié)方案來控制汽溫不能滿足生產(chǎn)要求的情況下，引入能夠提前反映擾動的導(dǎo)前信號，構(gòu)成多回路系統(tǒng)，確立了串級汽溫調(diào)節(jié)方案，并建 立了過熱蒸汽溫度串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型 ，然后 設(shè) 計 了基于 CMAC 與 PID的復(fù)合控制策略，對 CMAC 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與常規(guī) PID 復(fù)合 控制 在過熱蒸汽溫度控制 中的應(yīng)用進(jìn)行了研究 。通過 SIMULINK 仿真結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn) CMAC 與 PID的復(fù)合控制具有更好的控制響應(yīng)速度，在加入干擾的情況下，由于 CMAC 的加入使得干擾作用下的控制系統(tǒng)更快地恢復(fù)穩(wěn)定 ?？梢?在船舶過熱蒸汽溫度系統(tǒng)這種復(fù)雜系統(tǒng) 情況下 ， 其 不確定性、非線性、時變和多變量、強耦合等特點 ， 使得 采用 CMAC 智能算法與 PID 的復(fù)合控制策略，能夠取得 更 好的控制效果。哈爾濱工程大學(xué)本科生 畢業(yè) 論文 36 參考文獻(xiàn) [1]劉金琨著 . 先進(jìn) PID 控制及其 MATLAB 仿真 [M]..電子工業(yè)出版社 .北京，2021 [2] 張麗香，林金棟 . 自動調(diào)節(jié)原理及系統(tǒng) [M].北京：中國電力出版社， 2021：205210 . 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