【正文】 2 2 7 1 3 1 1。 1 7 4 4 5 1 1。 1 5 5 3 1 1 1。 1 3 6 2 1 1 1。 rulelist=[1 1 7 1 5 1 1。smf39。PB39。output39。,[0,2,3])。,39。,3,39。 a=addmf(a,39。trimf39。PS39。output39。,[2,0,2])。,39。,3,39。 a=addmf(a,39。trimf39。NS39。output39。,[3,2,0])。,39。,3,39。 a=addmf(a,39。zmf39。NB39。output39。,[3,3])。,39。 a=addvar(a,39。smf39。PB39。output39。,[0,])。,39。,2,39。 a=addmf(a,39。trimf39。PS39。output39。,[,0,])。,39。,2,39。 a=addmf(a,39。trimf39。NS39。output39。,[,0])。,39。,2,39。 46 a=addmf(a,39。zmf39。NB39。output39。,[,])。,39。 a=addvar(a,39。smf39。PB39。output39。,[0,])。,39。,1,39。 a=addmf(a,39。trimf39。PS39。output39。,[,0,])。,39。,1,39。 a=addmf(a,39。trimf39。NS39。output39。,[,0])。,39。,1,39。 a=addmf(a,39。zmf39。NB39。output39。,[,])。,39。 a=addvar(a,39。smf39。PB39。input39。,[0,2,3])。,39。,2,39。 a=addmf(a,39。trimf39。PS39。input39。,[2,0,2])。,39。,2,39。 a=addmf(a,39。trimf39。NS39。input39。,[3,2,0])。,39。,2,39。 a=addmf(a,39。zmf39。NB39。input39。,[3,3])。,39。 a=addvar(a,39。smf39。PB39。input39。,[0,2,3])。,39。,1,39。 a=addmf(a,39。trimf39。PS39。input39。,[2,0,2])。,39。,1,39。 a=addmf(a,39。trimf39。NS39。input39。,[3,2,0])。,39。,1,39。 a=addmf(a,39。zmf39。NB39。input39。,[3,3])。,39。 a=addvar(a,39。fuzzpid39。 close all。 （ 5） 當對象特性變化很大時， 可以采用 智能 PID 控制器代替上述常規(guī) PID 控制器 自動實現(xiàn)對 PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，使系統(tǒng)具有 自適應能力。對于 T 的變化，三種控制系統(tǒng)魯棒性都很強。 （ 4） 三種控制系統(tǒng)都具有一定的魯棒性。但是 仍不能克服 給水流量的干擾。 它只適用于 汽包停留時間較長，假水位現(xiàn)象不顯著的 小型鍋爐?？梢哉ǔ?最佳 PID 參數(shù) 。 ? 越大，滯后時間越長，反之越短。K 越大，假液位現(xiàn)象越嚴重且持續(xù)時間越長。 44 結 論 本文 從 仿真 的角度出發(fā)，系統(tǒng)地 對鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)進行了 研究 。 圖 54 ? =200，干擾為 在線自校正 仿真結果 遺憾的是，由于時間有限，不能對 模糊自適應整定 PID 控制 進行深入探討，只是進行了初步設計。前邊已經(jīng)討論過，各種控制系統(tǒng)對 ? 的魯棒性都很小。下面改變 ? 值，取 ? =200， 干擾仍為 ，仿真結果如圖 54。 由圖可以看出，調(diào)整時間約為 12 秒，超調(diào)約為 %。 PID 控制器參數(shù) 取 為： P=2， I=， D=0。 根據(jù)程序框 圖 在 MATLAB 環(huán)境下的 Mfile 中 編寫 在線自校正 程序見附錄。 { , }d d i i dk k e ec?? （ 55） 用 模糊自適應整定 PID 控制 實現(xiàn)自適應控制的初步 設計 在線運行過程中，控制系統(tǒng)通過對模糊邏輯規(guī)則的結果處理，查表和運算，完成對 PID 參數(shù)的在線自校正。 { , }p p i i pk k e ec?? （ 53） 39。 , { 5 , 4 , 3 , 2 , 0 , 1 , 2 , 3 , 4 , 5 }e e c ? ? ? ? ? ? （ 51） 其模糊子集為 , { , , , , , , }e e c N B N M N S O P S P M P B? （ 52） 子集中元素分別代表負大，負中，負小，領，正小，正中，正大。 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 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 52 ik 的模糊規(guī)則表 ec ik? e NB NM NS ZO PS PM PB NB NB NB NM NM NS ZO ZO NM NB NB NM NS NS ZO ZO NS NB NM NS NS ZO PS PS ZO NM NM NS ZO PS PM PM PS NM NS ZO PS PS PM PB PM ZO ZO PS PS PM PB PB PB ZO ZO PS PM PM PB PB 41 表 52 dk 的模糊規(guī)則表 ec dk? 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 NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB ,p i dk k k 的模糊控制規(guī)則表建立好后，可根據(jù)如下方法進行 ,p i dk k k 的自適應校正。 模糊自整定 PID 是在 PID 算法的基礎上，通過計算當前系統(tǒng)誤差 e 和誤差變化率ec ，利用模糊規(guī)則進行模糊推理，查詢模糊矩陣表進行參數(shù)調(diào)整。利用模糊控制規(guī)則在線對 PID 參數(shù)進行修改，便構成了自適應模糊 PID 控制器，其結構如圖 51 所示。 模糊自適應整定 PID 控制 原理 由于 操作者經(jīng)驗不易精確描述， 控制過程中各種信號量及評價指標不易定量表示，人們運用模糊數(shù)學的基本理論和方法，把規(guī)則的條件、操作用模糊集表示，并把這些模糊控制規(guī)則及有關信息作為知識存入計算機的知識庫中，然后計算機根據(jù)控制系統(tǒng)的實際響應情況，運用模糊推理，即可自動實現(xiàn)對 PID 參數(shù)的最佳調(diào)整，這就是模糊自適應整定 PID 控制 。所以可以采用 智能 PID 控制 器 代替上述常規(guī) PID 控制器 。 39 第 5章 用 模糊自適應整定 PID控制 器實現(xiàn) 自適應 控制 在工業(yè)生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場的鍋爐設 備，隨著負荷變化或干擾因素影響 ，其對象特性 參數(shù)或結構 會發(fā)生變化，因此，要保證鍋爐設備始終安全穩(wěn)定運行，要求其控制系統(tǒng)要有自適應能力才行。當對象特性變化很大時，這些控制系統(tǒng)就再不適用了。然而對于 ? 的 變化，三種控制系統(tǒng)對 ? 的魯棒性都較小。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。 在新的最佳 PID 參數(shù)下，再次得到最佳曲線 。 再看單沖量控制系統(tǒng)，在 20%給水流量干擾下，當 ? =110 時，重新整定 PID 參 數(shù)，取最佳參數(shù) P=， I=， D=。當 ? =85 時，仿真結果 如圖 450 所示，這時也不能令人滿意。 如圖 448 所示。所以雙沖量控制系統(tǒng)對 ? 的適用范圍也應在 90～ 110 之間。 對于 雙 沖量控制系統(tǒng)， 仿真結果 如圖 446 和圖 447 所示。 當 ? =90 時，仿真結果 如圖 445 所示，這時曲線第三個半波基本消失，控制效果不能令人滿意。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。所以對 于 T 的魯棒性很強。液位輸出沒有超出液位允許波動范圍。 當 T 小于 1 時， 假液位 對輸出幅值和 液位上升 速度的影響沒有太大區(qū)別。 在 T 小于 100 大于 1 的范圍內(nèi)較明顯。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。對于三沖量控制系統(tǒng)，當 K=175 時，仿真結果 如圖 440 所示， K 臨界最大值是 175。 對于小型鍋爐，由于汽包停留時間較長，假水位現(xiàn)象并不顯著，配上 一些連鎖報警裝置也可保證安全操作。 對于 單沖量控制系統(tǒng) ， 在 20%蒸汽流量干擾下， 當 K=85 時，仿真結果 如圖 438所示 ， 這時 K 達到臨界 最大值 ， K 若大于 85， 由于假液位現(xiàn)象嚴重，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 。 下面分別 對 各 控制系統(tǒng) 魯棒性 進行仿真研究。 各控制系統(tǒng)魯棒性的 仿真 研究 影響 鍋爐汽包水位 對象 的 參數(shù)主要是 只考慮水面下汽泡容積變化所引起水位變化 H2的放大倍數(shù) K 和 時間常數(shù) T 以及給水流量作用下 階躍響應純滯后時間 ? 。三沖量控制系統(tǒng)又引入 給水流量信號，能有效克服給水流量和蒸汽流量的干擾。 它只適用 于 汽包停留時間較長，在蒸汽負荷變化時，假水位現(xiàn)象不顯著 的 小型鍋爐， 再 配上一些聯(lián)鎖報警裝置，可以保證安全操作，滿足生產(chǎn)的要求。對于蒸汽流量的干擾，它們的控制能力 與雙沖量控制系統(tǒng)的 基本相同，比單沖量控制系統(tǒng)要好得多 。 從控制效果來看，三種三沖量控制系統(tǒng)的控制效果相當。 31 圖 435 三沖量控制系統(tǒng)第三種接法的仿真程序 仿真結果 如圖 436，給水流量突然增加 20%，液位輸出 保持不變，給水流量干擾完全被克服。 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?？刂破?PID 參數(shù)為 P=10，I=0， D=0。與第一種 三 沖量控制系統(tǒng)的 仿真結果相比可知，兩種控制方案的控制效果相當。如圖 434，當 蒸汽流量 同時 突然增加 20%， 30 經(jīng)過約 950 秒，液位輸出基本穩(wěn)定在給定值上。 圖 432三沖量控制系統(tǒng)第二種接法的仿真程序 仿真結果 如 圖 433， 當給水 流量突然增加 20%，液位輸出基本 保持不 變 。 28 圖 428 20%給水流量和蒸汽流量同向共同干擾副回路仿真結果 P=1000， I=1000， D=0 圖 429 20%給水流量和蒸汽 流量同向共同干擾主回路仿真結果 P=， I=， D= 圖 430 20%給水流量和蒸汽流量反向共同干擾副回路仿真結果 P=1000， I=1000， D=0 29 圖 431 20%給水流量和蒸汽流量反向共同干擾主回路仿真結果 P=， I=， D= 第二種三沖量控制系統(tǒng)的仿真 仿真 程序如圖 428 所示，這個程序也相當于前饋和串級控制，只是它的副 控制器 是一個純比例 控制器 且比例為 1。當 蒸汽流量突然增加 20%，同時給水 流量突然 減小 20%， 副回路和主回路輸出仿真結果分別 如 圖 430和圖 431 所示 。有沒有給水干擾控制效果都是基本一樣的。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。 圖 424 20%給水流量干擾副回路仿真結果 P=1000， I=1000， D=0 圖 425 20%給水流量干擾主回路仿真結果 P=， I=， D= 27 圖 426 20%蒸汽流量干擾副回路仿真結果 P=1000， I=1000， D=0 圖 427 20%蒸汽流量干擾主回路仿真結果 P=， I=， D= 當 蒸汽流量突然增加 20%， 如圖 426， 在控制系統(tǒng) 副回路 調(diào)節(jié)下 ，給水流量輸出立刻完全跟蹤了輸入給定值 ，使副回路 輸出 完全跟蹤輸入 。 由于副回路的快速作用，發(fā)生在副回路的干擾在影響主變量之前就被副控制器校正了 ， 改善了對象的動態(tài)