【導(dǎo)讀】鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中的控制變量（操縱量）的選擇...............5. PID控制系統(tǒng)MATLAB仿真........23

　　

【正文】 %? ，調(diào)節(jié)時(shí)間 t增大，使系 統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。 ecK 越 大，反應(yīng)時(shí)間比較慢。 ecK 過(guò)小引起大的超調(diào)，使調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)系統(tǒng)不能工作。 uK當(dāng)于常規(guī)的比例增益， uK 大，上升速度較快， uK 過(guò)大將產(chǎn)生較大超調(diào)，影響穩(wěn)態(tài)工作， uK 不影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 （ 4）模糊控制規(guī)則的語(yǔ)言描述 控制規(guī)則一般由模糊條件語(yǔ)句來(lái)表達(dá)： IF E=NB and EC=NB, then U=NB IF E=NM and EC=NB, then U=NB IF E=NS and EC=NB, then U=NB IF E=ZE and EC=NB, then U=NB IF E=PS and EC=NB, then U=NM IF E=PM and EC=NB, then U=NS IF E=PB and EC=NB, then U=ZE IF E=NB and EC=NM, then U=NB IF E=NM and EC=NM, then U=NB IF E= NB and EC=NM, then U=NM IF E= NM and EC=NM, then U=NM IF E= NS and EC=NM, then U=NS IF E= ZE and EC=NM, then U=ZE IF E= PS and EC=NM, then U=PS 當(dāng)考慮模糊控制規(guī)則時(shí)，選取控制量變化的原則是：當(dāng)控制系統(tǒng)誤差大的時(shí)候，控制量的作用是消除誤差；當(dāng)控制系統(tǒng)誤差較小時(shí)，選擇控制量要以防止 %? 為主，最根本的是使保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。因此，當(dāng) EC 為負(fù)值時(shí)，水位有上升的趨勢(shì)，如果此時(shí)水位過(guò)高，則應(yīng)關(guān)閉給水水閥 以減少入水量，使水位下降；反之，應(yīng)開(kāi)大水閥?；谥悄?PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 30 據(jù)此，得到如表所示的四十九條規(guī)則 。 由規(guī)則知，模糊規(guī)則表如下圖。 表 62 pK?pK的控制規(guī)則表 ec 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 ZO NS NS ZO PM PM PS ZO NS NM NM PS PS PS ZO NS NS NM NM PM PS ZO NS NM NM NM NB PB ZO ZO NM NM NM NB NB 表 63 iKΔ的控制規(guī)則表 ec e NB NM NS ZO PS PM PB NB NB ZO NM NM NS ZO ZO NM NB ZO NM NS NS ZO ZO NS NM NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB Kp KI 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 31 PM ZO ZO PS PS PM PB PB PB ZO ZO PS PM PM PB PB 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 33 表 64 dKΔ的控制規(guī)則表 ec e NB NM NS ZO PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM PS NS NB NM NM NS ZO NS ZO NS NM NM NS NS ZO ZO ZO NS NS NS NS NS ZO PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO PM PB PS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PM PS PB 上表由模糊條件語(yǔ)句表示的四十九條控制規(guī)則，組成的這四十九條控制規(guī)則就是汽包水位控制時(shí)用的模糊控制算法，實(shí)際是用分段條件語(yǔ)句，一個(gè)離散式的模糊控制模型，取代了傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，可應(yīng)用于復(fù)雜控制系統(tǒng)的模糊控制中。 （ 5）模糊推理 模糊控制系統(tǒng)中，采取正向推理，易于實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，采 用 maxmin 推理算法。 （ 6）輸出量的去模糊化 將汽包水位偏差 e 和汽包水位偏差變化 ec 量化為論域中的某個(gè)等級(jí)。經(jīng)過(guò)相關(guān)的合成算法，計(jì)算控制量的模糊子集。然后按照最大隸屬度法得到模糊控制表。上面的求解過(guò)程就是 maxmin 推理合成法。推理合成法易于實(shí)現(xiàn)，實(shí)用有效，簡(jiǎn)單快捷，大多數(shù)模糊控制都用推理合成法。 在汽包水位控制，汽包水位偏差和汽包水位偏差變化量通過(guò)查找模糊控制規(guī)則表得到校正量，然后乘以比例因子得到iKΔ，d，pKΔ。整定的瞬態(tài) PID 參數(shù)由iKΔ，d，pKΔ分別加上 PID 基準(zhǔn)值得到。 KD 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 34 模糊控制系統(tǒng)的建模及仿真 （ 1）雙擊 MATLAB 圖標(biāo)，進(jìn)入 MATLAB 編程環(huán)境，輸入 fuzzy, 出現(xiàn) FIS編輯器。對(duì)有關(guān)輸入輸出，變量名稱(chēng)進(jìn)行編輯。如圖 64 所示。 圖 64 FIS 編輯器 （ 2）語(yǔ)言變量隸屬度的定義 雙擊 FIS 編輯器輸出變量與輸入變量的方框，進(jìn)入隸屬函數(shù)編輯器，對(duì)模糊變量的隸屬函數(shù)進(jìn)行編輯。定義變量的論域，模糊集，隸屬函數(shù)的類(lèi)型。如圖65 所示。 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 35 圖 65 隸屬度函數(shù)編輯器 （ 3）模糊控制規(guī)則的定義 FIS 編輯器的 View 菜單下的編輯規(guī)則子菜單，即可進(jìn)入模糊規(guī)則輸入。當(dāng)模糊規(guī)則編輯好以后，文件后綴加入為 .fis。如圖 66 所示。 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 36 圖 66模糊控制規(guī)則的編輯 （ 1） 輸出預(yù)覽 選 擇 FIS 編輯器主菜單的 View surface，三維圖如 67 所示。 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 37 圖 67 輸出預(yù)覽圖 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 38 圖 68模糊自適應(yīng) PID 控制模型圖 圖 69 500s 加入給水流量擾動(dòng)時(shí)模糊 PID控制仿真結(jié)果 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 39 圖 610 500s 加入給水流量擾動(dòng)時(shí)串級(jí)三沖量 PID 控制水位仿真圖 通過(guò)比較 69 和 610可得出 （ 1） 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的超調(diào)量比較小； （ 2） 當(dāng)控制對(duì)象參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)較快平穩(wěn)，取得較好的控制效果，說(shuō)明自適應(yīng)模糊控制的魯棒性好； （ 3） 自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間小，震蕩周期 短； （ 4） 采用參數(shù)自調(diào)整模糊 PID 控制方式，系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性都較好，取得良好的控制效果，自適應(yīng)能力強(qiáng) 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 40 結(jié)束語(yǔ) 通過(guò)這段時(shí)間的努力，我的論文基于智能 PID的鍋爐汽包水位控制已經(jīng)基本完成，本次設(shè)計(jì)能夠基本完成老師的要求，用 Matlab 能夠?qū)刂七M(jìn)行仿真，通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能夠從中學(xué)到很多東西。 首先，能夠了解到汽包對(duì)于鍋爐重要的作用，通過(guò)汽包來(lái)對(duì)鍋爐的水位進(jìn)行控制，通過(guò)我的這個(gè)設(shè)計(jì)能夠解決汽包水位的“虛假水位”的現(xiàn)象，更加方便對(duì)鍋爐汽包水位的控制。 其次，能夠了解到前饋控制和串級(jí)控制對(duì)于 本次設(shè)計(jì)的作用，串級(jí)控制對(duì)于二次干擾有很強(qiáng)的克服能力，改善了對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化由一定自適應(yīng)能力。前饋控制有利于對(duì)系統(tǒng)中的主要干擾進(jìn)行及時(shí)控制，可以把偏差完全消除。 最后能夠熟悉掌握關(guān)于 Matlab 的一些基本的操作，用 Simulink 對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)仿真的目的。 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 41 致謝 隨著本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我的大學(xué)生活也將結(jié)束。通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我獲益匪淺，在這過(guò)程中我學(xué)會(huì)了去搜集資料和文獻(xiàn)來(lái)幫助我完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我對(duì)于前饋控制和串級(jí)控制更加了解，能 夠懂得怎么用智能 PID去對(duì)鍋爐汽包水位進(jìn)行控制，并且更加熟練的掌握一些關(guān)于 Matlab 的知識(shí)。 在這里要感謝我的指導(dǎo)老師，在開(kāi)題階段告訴我怎么去設(shè)計(jì)，用什么方法去設(shè)計(jì)，并且在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間給予我很大的幫助，幫我確定了方向，能夠讓我很順利的上手，有一個(gè)很清晰的思路去面對(duì)本次設(shè)計(jì)，無(wú)論是在理論學(xué)習(xí)階段和設(shè)計(jì)進(jìn)行階段都給予我很大的幫助，在這里再次感謝指導(dǎo)老師。 希望在將來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中，能夠更加努力來(lái)答謝老師和同學(xué)我的信任。 基于智能 PID 的鍋爐汽包水位 控制系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 42 參考文獻(xiàn) [1]潘煉，方康玲，吳懷宇主編 .過(guò)程控制與集散系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 教程 .武漢：華中科技大學(xué)出版社，2020 [2]李國(guó)勇 .過(guò)程控制系統(tǒng) .北京：電子工業(yè)出版社， 2020. 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