【正文】 terlevel to the next value in a given simulation. Using conventional PID and fuzzy control approach to PIDF drum level,pared to two control strategies of antireal images,simulation images show that the latter39。并用常規(guī)PID和模糊PIDF方法去控制汽包液位，對比兩種控制策略下的防真圖像，仿真圖像表明后者的抗干擾能力和魯棒性更好，可以保證水位的穩(wěn)定，并且能有效解決用常規(guī)PID無法解決的“虛假液位”問題。所以本文提出了兩種消除水位偏差的方法：輔助信號自消方法和輔助信號對消方法。摘 要本文首先分析了影響汽包水位的各種干擾因素，并對汽包水位的動、靜態(tài)特性進行分析。介紹了傳統(tǒng)的PID控制方式，由于鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的調節(jié)器的輸入端常加有三個不確定的輸入量，極易引起水位控制偏差。采用輔助信號蒸汽流量和給水流量對消方法消除水位偏差，根據鍋爐汽包水位控制實際要求，采用模糊PID控制，用MATLAB中的SIMULINK仿真工具箱設計了二輸入單輸出模糊控制器對鍋爐汽包水位進行在給定值下仿真。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，通過現場實例解決了汽包水位測量不準的問題，減少了由于水位測量誤差給汽包水位帶來的不利影響。s antiinterference ability and robustness better, can guarantee the stability of the water level, and can effectively solution can not be resolved with conventional PID false level problem.Finally, a brief introduction by the drum water level of several measurement methods and about the impact of measurement error, and the elimination method, through onsite example of the drum water level measurement solution to the problem of not allowed to reduce measurement error due to the water level to the negative drum water level impact.Key words: Drum water level、PID control、fuzzy PID control,、water level measurement error第一章 緒論 課題背景與意義目前，我國現有工業(yè)鍋爐幾十萬臺，各種工業(yè)爐窯十萬余臺。由于技術落后、設備陳舊、操作水平低，目前鍋爐和工業(yè)爐窯普遍存在著熱效率低、能耗高的問題。實踐證明，爐窯采用計算機控制可以節(jié)能5~10%。計算機控制系統(tǒng)的主要任務是對鍋爐生產的主要被控參量進行自動控制，使鍋爐保持在所要求的良好工況下運行。鍋爐是受火焰加熱且具有爆炸危險的特殊設備和壓力容器，其安全性尤為重要。鑒于鍋爐控制系統(tǒng)的研究對于提高系統(tǒng)的安全性，經濟性，穩(wěn)定性具有深遠的意義，同時對實現工業(yè)現代化也有一定的促進作用。水位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導致重大事故。正常運行時的鍋爐燃燒系統(tǒng)必護使出口的過熱蒸汽溫度維持在一定范圍內，該參數的控制質量直接影響著機組運行的安全性和經濟性。過熱蒸汽溫度過低，降低汽輪機的效率，加劇對葉片的侵蝕。另外，壓力過大容易帶來危險。為了滿足負荷設備的要求，保證鍋爐本身運行的安全性和經濟性，工業(yè)鍋爐主要有下列自動調節(jié)任務:1 保持汽包水位汽包水位是工業(yè)鍋爐正常運行的主要指標。水位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導致重力事故。2 維持蒸汽壓力蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產量與負荷設備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標，是蒸汽的重要工藝參數。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導致鍋爐受損。因此，控制蒸汽壓力是安全生產的需要，也是保證燃燒經濟性的需要。這時燃燒狀況，鍋爐房工作條件，爐膛的維護及安全運行都最有利。負壓太大，爐膛吸入冷風量增大，增加引風機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。4 維持過熱蒸汽溫度恒定為了保證汽輪機正常工作，必須保證過熱蒸汽溫度恒定，蒸汽溫度過高或過低都會影響汽輪機的安全運行，所以過熱蒸汽溫度是影響安全的重要參數，一般要求溫度變化保持在士5℃的范圍之內。如果比值不當，空氣不足，結果導致燃料的不完全燃燒，當大部分燃料不能完全燃燒時，熱量損失直線上升。因此，必須使空氣和燃料維持適當的比例，使鍋爐燃燒過程工作在最佳工況下，保持爐膛煙氣出口處的過剩空氣系數為最佳值，使鍋爐熱效率最高，避免環(huán)境污染，達到節(jié)能降耗的目的。如果水位過低，則由于汽包內的水量較少，而負荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包內的水全部汽化，導致鍋爐燒壞或爆炸。產生蒸汽帶水現象，會使過熱器管壁結垢導致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降、如果該蒸汽作為汽輪機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性和經濟性。鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行具有重要意義。 鍋爐控制的研究現狀鍋爐是電力工業(yè)發(fā)電的三大設備之一，同時也是工礦企業(yè)生產的重要熱力設備，隨著改革開放后國民經濟的高速發(fā)展，鍋爐工業(yè)得到了飛速發(fā)展，我國現有數十萬套鍋爐在運行，每年還有數十萬套的新造工業(yè)鍋爐投入運行。因各回路之間的相互制約，控制效果也不近人意，并且設計復雜，造價高，這樣中小型用戶就難以負施。這一方面造成經濟效益差，不安全，還容易造成工業(yè)事故，另一方面，煤燃燒不充分也造成嚴重的環(huán)境污染。2 基于模糊控制的鍋爐控制模糊控制用在鍋爐控制中，有效地克服復雜系統(tǒng)的非線性及不確定特性，因而與傳統(tǒng)控制比較有較強的魯棒性。3基于模糊PID控制的鍋爐控制模糊PID控制用在鍋爐控制中，能對不確定的條件、參數、延遲和干擾等因素進行檢測分析，采用模糊推理的方法實現PID參數，的在線自整定，不僅保持了常規(guī)控制系統(tǒng)原理簡單、使用方便、魯棒性較強等優(yōu)點，而且具有更大的靈活性、適應性，控制也更精確。模糊控制己成為智能自動化控制研究中最為活躍而又富有成果的領域。本文就是對模糊 PID控制在鍋爐控制中的應用進行研究。建立了鍋爐水位控制特性的數學模型，分別采用PID控制手段和模糊控制方法來設計鍋爐水位控制系統(tǒng)，并進行了對比討論，最后采用模糊自調整PID控制來設計鍋爐水位控制系統(tǒng)，仿真證明了采用模糊自調整PID控制優(yōu)于PID控制和純模糊控制。: 被控對象比例P r(t)+ e(t) + + u(t) y(t)微分D積分I + PID控制系統(tǒng)原理圖PID控制器的數學模型可用下式表示： 其中：u(t)——控制器的輸出 e(t)——控制器的輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號，即e(t)=y(t)r(t) —— 控制器的比例系數 —— 控制器的積分時間 —— 控制器的微分時間 PID 對控制的影響（1） 比例P調節(jié) 在P調節(jié)中調節(jié)器的輸出信號與偏差信號成正比，即比例控制是一種最簡單的控制方式。由于控制器的輸出和偏差成正比例關系，所以系統(tǒng)存在殘余偏差——余差。（2） 積分調節(jié) 只有存在偏差，積分部分的控制作用就會不斷積累，輸出控制量以消除偏差。但積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強會使系統(tǒng)超調加大，控制的動態(tài)性能偏差，使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。但是消除靜差的時間較長。這是系統(tǒng)過渡過程有可能產生振蕩，但消除靜差所需時間較短。Td越大，微分作用越強，即控制作用越強，但微分時間過長時，容易引起系統(tǒng)的不良振蕩。由于微分作用的輸出與偏差變化的速度成正比，這種根據偏差變化的趨勢提前采取措施稱為“超前”。（4）PID控制器的參數整定 如果曲線振蕩很頻繁，要把比例度適當調大，反之調小比例度；如果曲線偏離太大，而且回復較慢，應該把積分時間調小，如果曲線波動周期較長，應把積分時間加長；如曲線振蕩頻率太快，應把微分時間降低，如曲線動差大且波動慢，微分時間應該加長；理想的曲線是有兩個波動的，前高后低，前面和后面的幅度比大約是4:1. 模糊控制方法 模糊控制的起源與發(fā)展 模糊控制理論是在美國加利福尼亞大學的扎德教授與1965年創(chuàng)立的模糊集合理論的數學基礎上發(fā)展起來的，主要包括模糊集合理論、模糊邏輯、模糊推理和模糊控制等方面的內容。隨著科學技術的迅速發(fā)展，各個領域對自動控制系統(tǒng)控制精度、響應速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應能力的要求越來越高，所研究的系統(tǒng)也日益復雜多變。雖然常規(guī)自適應控制技術可以解決一些問題，但范圍是有限的。因為人腦的重要特點之一就是有能力對模糊事物進行識別和判決，看起來似乎不確切的模糊手段常?？梢赃_到精確的目的。人的經驗是一系列含有語一言變量值的條件語句翁規(guī)則，而模糊集合理論又能十分恰當地表達具有模糊性的語言變量和條件語句?？梢园讶说慕涷炗媚：龡l件語句表示，然后用模糊集合理論對語一言變量進行量化，再用模糊推理對系統(tǒng)的實時輸入狀態(tài)進行處理，產生相應的控制決策。 模糊控制的基本思想 模糊控制的基木思想就是利用計算機來實現人的控制經驗，而人的控制經驗一般是由語言來表達的，這些語言表達的控制規(guī)則又帶有相當的模糊性。若水位和要求的水位相差不太大，則把水閥關小:若水位快接近要求的水位，則把閥門關得很小。這正是模糊控制的基本思路。模糊控制器的模型是由帶有模糊性的有關控制人員和專家的控制經驗和知識組成的知識模型，是基于知識的控制，因此模糊控制屬于智能控制的范疇。 模糊控制系統(tǒng)的組成 A/D模糊控制D/A執(zhí)行機構被控對象 傳感器 模糊控制系統(tǒng)的基本原理框圖模糊控制在實踐應用中，具有許多傳統(tǒng)控制無法與之比擬的優(yōu)點，其中主要是:(1)使用語言方法，可不需要掌握過程的精確數學模型。(2)對于具有一定操作經驗、但非控制專業(yè)的工作者，模糊控制方法易于掌握。(4)采用模糊控制，過程的動態(tài)響應品質優(yōu)于常規(guī)PID控制，并對過程參數的變化具有較強的適應性 模糊PID控制規(guī)律 模糊PID的概念 根據PID控制器的三個參數與偏差e和偏差的變化之間的模 糊關系，在運行時不斷檢測e及ec，通過事先確定的關系，利用模糊推理的方法，在線修改PID控制器的三個參數，讓PID參數可自整定。 模糊PID的控制規(guī)律這個控制規(guī)則當然很重要，一般經驗：(1) 當e較大時，為使系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，應取較大的。 (2)當e處于中等大小時，為使系統(tǒng)響應具有較小的超調，應 取得小些。 (3)當e較小時，為使系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性能，與均應 取得大些，同時為避免系統(tǒng)在設定值附近出現振蕩，值的選擇根據||值較大時，取較小值，通常為中等大小。 模糊PID參數自調整算法是在PID控制的基礎上引入模糊控制的思想。第三章 鍋爐汽包水位控制特性在熱力生產過程中，汽包鍋爐水位是正常運行的主要指標之一，是非常重要的被調量，在鍋爐運行中占據首要地位。水位過低，則可造成水的急速蒸發(fā)，汽水自然循環(huán)破壞，局部水冷管壁被燒壞嚴重時會造成爆炸事故。其中鍋爐汽包水位自動調節(jié)中的被調量和干擾因素包括：被調量：汽包水位、蒸汽壓力、過熱蒸汽溫度、爐膛負荷、過?？諝庀禂担桓蓴_因素：蒸汽負荷、鍋爐給水量、燃料量、減溫水、送風和引風；一、給水自動調節(jié)系統(tǒng)的任務主要包括兩個方面：是使給水量適應鍋爐的蒸發(fā)量，維持汽包水位在規(guī)定的范圍之內波動；是保持給水量的穩(wěn)定。汽包鍋爐正常水位一般規(guī)定在汽包中心線以下100—200mm處，允許波動范圍為177。汽包水位的高低直接影響鍋爐的安全運行和蒸汽的品質。所以，及時調整給水流量，維持給水流量與蒸汽流量間的平衡關系，以適應負荷變化的要求，實現汽包鍋爐水位自動調節(jié)十分必要。鍋爐汽包水位的自動調節(jié)是根據汽包水位的動態(tài)特性來設計的。引起水位變化的擾動因素很多，但主要擾動是給水流量和蒸汽流量的階躍變化。引起水位變化的擾動因素很多，但主要擾動