【正文】 最后，我要感謝我的家人，他們的關(guān)心與支持，是我永遠的精神動力。同時，陽老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識、平易近人的作風(fēng)，都是我學(xué)習(xí)的榜樣。編著模糊系統(tǒng)與模糊控制[M]清華大學(xué)出版社2003[19]黎兵，汽包鍋爐串級三沖量給水控制系統(tǒng)的MATLAB仿真，東北電力技術(shù)，2006(6):2122[20]吳曉莉等編著MATLAB輔助模糊系統(tǒng)設(shè)計[M]西安電子科技大學(xué)出版社2002[21]陳曉平等編著MATLAB及其在電路與控制理論中的應(yīng)用[M]中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社2004[22]薛定宇編著控制系統(tǒng)計算機輔助設(shè)計MATLAB語言及其應(yīng)用[M]清華大學(xué)出版社1996[23]郭妙娜,鍋爐汽包水位測量異常原因分析及改進[J]廣西電力2007年第六期[24]侯子良，劉吉川，侯云浩等．鍋爐汽包水位測量系統(tǒng)[M]．北京：中國電力出版社，2005．致謝首先，在本論文完成之際，我謹(jǐn)向我的導(dǎo)師陽武嬌致以最真摯的感謝和敬意!從課題方向的選擇、開題報告，到論文工作的理論分析，直至整個論文的撰寫、定稿，無不浸透著陽老師的汗水和心血。[16]樊國平，姚明海。參考文獻[1]孫優(yōu)賢，[M].[2]翁維勤，:化學(xué)工業(yè)出版社，[3]蔣慰孫，(第二版).北京:中國石化出版社，1988[4][M]. [5]楊獻勇，[M]. [6]孫秀全，[M].[7]孫優(yōu)賢，[M].[8]居滋培過程控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M][9]何克忠。（3）最后簡單介紹幾種由汽包水位測量方法及測量誤差帶來影響、及消除方法，通過現(xiàn)場實例解決了汽包水位測量不準(zhǔn)的問題，減少了由于水位測量誤差給汽包水位帶來的不利影響，減少了影響鍋爐控制系統(tǒng)不利因素。本文采用以水位偏差e及其變化ei作為輸入語句變量，以二維的模糊控制器對PID參數(shù)進行調(diào)整的控制方式進行了探討?？紤]到鍋爐水位控制的復(fù)雜特性及模糊控制的特點，本文將模糊PID控制引入鍋爐汽包水位的控制中，取代傳統(tǒng)采用的PID的控制方式，以提高鍋爐水位的控制效果，尤其是針對“虛假水位”的抑制作了以下一些試探性工作：（1）對經(jīng)典的PID控制器特點做了歸納、總結(jié)，并結(jié)合鍋爐水位控制的特點，對汽包水位的模糊PID控制方式進行結(jié)構(gòu)及性能上的分析和比較，并利用MATLAB中的Simulink仿真工具箱分別對設(shè)定值作用下對控制系統(tǒng)進行仿真。傳統(tǒng)的鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)大都采用串級三沖量PID控制，其控制性能穩(wěn)定，能滿足但不能很好解決“虛假液位”問題。所以，模糊控制非常適合用于控制對象不確定的場合。（4）模糊PID控制系統(tǒng)的超調(diào)量比較小，上升速度快，振蕩周期短。（2）模糊PID控制系統(tǒng)對影響鍋爐汽包水位各種干擾因素有較強的抑制能力。目前，最常用的方法是重心法。量化因子一般用K表示，誤差的量化因子及誤差變化的量化因子分別可用下面兩個公式來計算: [47] [48]若控制量的基本論域為[，]，量化后的論域為[，]，則控制量的比例因子可由式49確定: [49]通過模糊規(guī)則推理得到的結(jié)果是一個模糊隸屬函數(shù)或者模糊子集。圖43輸入變量與輸出變量的隸屬度函數(shù)圖44 水位偏差e三角形隸屬度函數(shù)曲線圖45 水位偏差變化ec三角形隸屬度函數(shù)曲線圖46模糊控制規(guī)則的語言描述根據(jù)水位控制系統(tǒng)可以將實際輸出值與設(shè)定的期望值相比較的偏差值（以及偏差的變化率）來決定對系統(tǒng)的調(diào)整控制，再對這個偏差值進行采樣、量化、以及模糊化，把精確的輸入量轉(zhuǎn)換成模糊集合隸屬度函數(shù)。表4443分別是水位變化E、水位變化率EC、閥門控制量U的隸屬度函數(shù)賦值表。操作人員根據(jù)以上參數(shù)觀察水位。則輸入偏差對應(yīng)的模糊論域為:E={6，5，4，3，2，1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}設(shè)輸入的水位偏差變化用模糊語言變量的模糊集EC表示，即:EC={NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB }對應(yīng)的模糊論域為:EC={6，5，4，3，2，1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}設(shè)閥門控制量U的變化用模糊語言變量的模糊集U表示，即:U={NB, N M, NS, ZE, PS, PM, PB}其中,NB表示給水閥門關(guān)得很快，NM表示給水閥門關(guān)得快，NS表示給水閥門關(guān)得有點快，ZE表示給水閥門保持正常開度，PS表示給水閥門關(guān)得有點慢，PM表示給水閥門關(guān)得慢，PB表示給水閥門關(guān)得很慢。輸入變量及輸出變量的模糊化進行模糊控制，要將上述輸入變量（精確量）和輸出變量用模糊語言變量的模糊子集表示。輸出控制量U對應(yīng)閥門開度變化，閥門開大為“正”，表明注水量加大。公式(46)表示水位偏差的變化。當(dāng)水位y(k)高于yr(k)時，即實際水位高于給定水位，偏差為“負(fù)”，水位高得越多則偏差負(fù)得越大。,針對不同的E和EC經(jīng)過清晰化處理后的，得到Δ、Δ、Δ的模糊變量賦值表如表4446所示，使用加權(quán)平均原則將Δ、Δ、Δ經(jīng)過清晰化轉(zhuǎn)換后，代入式[44]得出的、參數(shù)經(jīng)過下位機的PID控制器模塊計算并輸出當(dāng)前的控制量。在偏差論域E、偏差變化論域EC、比例系數(shù)修正參數(shù)論域Δkp、積分系數(shù)修正參數(shù)論域Δki和微分系數(shù)修正參數(shù)論域Δkd上分別定義模糊子集為{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，并簡記為{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，模糊語言變量采用三角隸屬度函數(shù)。誤差E所取的模糊子集的論域為:[6,+6]誤差EC所取的模糊子集的論域為:[6，+6]模糊PID控制系統(tǒng)框圖如圖44所示,模糊控制器以偏差e和偏差變化率 作為輸入,修正參數(shù)Δ、Δ、Δ為輸出,則PID控制器的參數(shù)、為式[43]所示,其中kp0、ki0、kd0為PID初值。 因此，鍋爐汽包水位模糊控制器的誤差E的基本論域為:[50mm，+50mm]。根據(jù)鍋爐汽包的實際工作情況，考慮到實際操作中，干擾因素眾多，傳感器的誤差要求將水位誤差E的范圍在一5Omm到十50mm之間，水位誤差變化率EC的范圍在1Omm到+lOmm之間。在鍋爐汽包的水位控制系統(tǒng)中，水位的給定初值為H。典型PID只能利用一組固定參數(shù)進行控制,這些參數(shù)不能調(diào)整動態(tài)性能和靜態(tài)性能之間的矛盾。然而，無論何種形式的串級控制系統(tǒng)，其不足都是顯而易見的。圖42汽包水位串級三沖量控制仿真模塊系統(tǒng)圖圖43水位給定值串級三沖量階躍跟蹤響應(yīng)時的仿真圖從MATLAB的仿真曲線可以看出，三沖量控制系統(tǒng)具有如下特點:相對PID控制系統(tǒng)，其控制品質(zhì)好，能有效地滿足系統(tǒng)對快速性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性的要求。50mm,水位變送器的電流變化為010mA,所以水位變送器的比例系數(shù)為給水流量和蒸汽流量變送器的比例系數(shù)為：1. 通過估算及仿真實驗得到：。同時通過實際的測量建立系統(tǒng)模型，得到系統(tǒng)傳遞函數(shù)。建立起系統(tǒng)模型后，用戶可通過選擇仿真菜單設(shè)置仿真控制參數(shù)，啟動仿真過程，然后通過輸出Scope(示波器)觀察系統(tǒng)的仿真結(jié)果。它的windows中提供了建立系統(tǒng)模型所需的大部分類型方塊。工具箱提供了生成和編輯模糊推理系統(tǒng)(FIS)常用的工具函數(shù)，如newfis，addvar，addmf，addrule， setfis，writefis等，它包括了產(chǎn)生新的FIS，給FIS加入變量、隸屬函數(shù)、規(guī)則、設(shè)置解模糊方法及存儲FIS等功能，用戶可以用命令調(diào)用這些函數(shù)的方式生成和編輯模糊推理系統(tǒng)，工具箱還提供了GUI(圖形用戶界面)編輯函數(shù)，利用它用戶可以更直觀迅速地生成系統(tǒng)。統(tǒng)進行仿真，因為MATLAB提供了基本模糊邏輯工具箱 (FuzzylogicToolbox)，使得建立和設(shè)計模糊控制器變得方便。在SIMULINK環(huán)境中，用戶可以在仿真進程中改變感興趣的參數(shù)，實時地觀察系統(tǒng)行為的變化。它簡化了設(shè)計過程，減輕了設(shè)計負(fù)擔(dān)，提高了仿真的集成化和可視化程度。與傳統(tǒng)的仿真軟件包用微分方程或差分方程建模相比，它具有直觀、方便、靈活的優(yōu)點。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)仿真，也支持具有多種采樣速率的多速率系統(tǒng)仿真。例如在信息與控制學(xué)科中相當(dāng)活躍的模糊邏輯、小波分析、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、ARMA模型技術(shù)等，迄今為止MATLAB語言的擴展開發(fā)遠遠沒有結(jié)束，各學(xué)科的相互促進、相互滲透使得M尤TLAB語言的應(yīng)用越來越廣泛，越來越實用。之后控制學(xué)者們注意到了它特有的矩陣處理功能，并發(fā)現(xiàn)了用于控制理論研究的功能豐富的控制系統(tǒng)專用工具箱和結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計的SIMULINK仿真環(huán)境，使得MATLAB語言成為控制界計算機輔助設(shè)計的有利工具。 第四章鍋爐汽包水位控制方法設(shè)計與仿真研究 關(guān)于MATLABMATLAB語言是由美國的 Clever Moler博士于 1980年開發(fā)，以后又經(jīng)多位專家加以補充、添加，成為功能強大、內(nèi)容廣泛的計算機輔助設(shè)計的軟件工具。當(dāng)蒸汽流量與給水流量不平衡時，會產(chǎn)生“虛假液位”現(xiàn)象。 本章小節(jié) 鍋爐汽包水位控制特性與鍋爐的給水流量和蒸汽流量有關(guān)。所以，通過分析我們發(fā)現(xiàn)三沖量控制要比單沖量控制和雙沖量控制要優(yōu)越些。然而雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對水位的影響，因為當(dāng)給水壓力波動時，給水流量將相應(yīng)變化，此時只有待水位發(fā)生變化后調(diào)節(jié)器才能起作用。因此一般采用單沖量調(diào)節(jié)方式就可以滿足生產(chǎn)運行的要求，但是單沖量調(diào)節(jié)方法不能克服虛假水位對水位控制的不良影響，當(dāng)蒸汽量大幅度增加時，由于假水位上升，調(diào)節(jié)器輸出信號不但不去開大調(diào)節(jié)閥增大給水流量，以維持物料平衡，反而去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減小給水流量，等到虛假水位消失后，水位將更加迅速下降，顯然這是幫倒忙，在外擾作用下必將引起水位發(fā)生較大幅度波動。這個調(diào)節(jié)器接受三個輸入調(diào)節(jié)信號:汽包水位作為主沖量信號，蒸汽流量作為前饋信號，給水流量作為內(nèi)反饋信一號。對于幾臺鍋爐并列運行時，幾臺鍋爐的汽包水位控制會相互影響，使得控制過程非常復(fù)雜。 三沖量控制系統(tǒng) 一般而言，鍋爐容量越大，汽包容水量相對就越小，允許的蓄水量就更小，這就要求提高對汽包水位的控制。引入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對控制的不良影響。(2) 在給水?dāng)_動時，調(diào)節(jié)器要等到水位改變了以后才動作，又經(jīng)過一段時間延遲后才能影響到水位，導(dǎo)致汽包水位發(fā)生較大變化，調(diào)節(jié)時間長。 單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號，即調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位信號為主要控制信號的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號。在工業(yè)汽包水位的自動控制中，針對不同的控制信號可以有單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)。 正是因為用常規(guī)PID無法很好解決“虛假水位”現(xiàn)象，所以人們經(jīng)過多年積累的經(jīng)驗，總結(jié)出把模糊控制算法加入在常規(guī)PID中去解決現(xiàn)實中無法解決的“虛假水位”問題，使鍋爐汽包水位達到人們期望水平。(2) 由于對象在蒸汽負(fù)荷擾動(外擾)時，有“虛假水位”現(xiàn)象。根據(jù)汽包鍋爐給水控制對象動態(tài)特性的特點，我們可以提出確定給水控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一些基本思想：(1)由于對象的內(nèi)擾動動態(tài)特性存在一定的遲延和慣性，所以給水控制系統(tǒng)若采用以水位被調(diào)量的單回路系統(tǒng)，則控制過程中水位將出現(xiàn)較大的動態(tài)偏差，給水流量波動較大。虛假液位等于與之和 。這是引起汽包“虛假液位”的主要原因。這種現(xiàn)象常稱為“虛假液位”現(xiàn)象。 虛假液位的原因 在鍋爐運行過程中，當(dāng)蒸汽負(fù)荷突然增加時，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。 虛假水位的變化幅值與鍋爐負(fù)荷的大小有關(guān)，根據(jù)100—230 t/h中高壓鍋爐的資料，當(dāng)負(fù)荷階躍擾動10%時，虛假水位的變化幅值可達3040mm。 上面所討論的蒸汽流量擾動下的水位調(diào)節(jié)對象的動態(tài)特性，只是從蒸發(fā)強度變化對汽泡容積的影響方面定性的說明水位變化的特點。因此，汽包水位隨汽泡體積的增大而上升，只有當(dāng)汽泡容積與負(fù)荷適應(yīng)而不再變化時，水位的變化就僅由物料的平衡關(guān)系來決定，這時水位就隨負(fù)荷的增大而下降，呈現(xiàn)無自平衡特性。這種現(xiàn)象稱為“虛假水位”現(xiàn)象。由圖中可以看出，當(dāng)鍋爐蒸汽負(fù)荷變化時，汽包水位的變化具有特殊的形式：（1）在負(fù)荷突然增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸發(fā)流量，但開始階段的水位不僅不下降，反而迅速上升，過一段時間后再下降。因蒸發(fā)強度的增加是有一定限度的，當(dāng)蒸發(fā)量滿足負(fù)荷要求后，汽包壓力不再變化，容積增大速度減慢而達到穩(wěn)定，故汽泡容積的增大而引起的水位變化可用慣性環(huán)節(jié)特性來描述，如圖中曲線H2所示。