【正文】 8 當蒸汽流量 D 突然增加的時候， 蒸汽量 D 大于給水量 W，液位應當下降，如圖中直線H1所示。 “虛假液位”是由兩個原因造成的： （ 1） 由于鍋爐蒸汽負荷增加，使爐管和汽泡中汽水混合物的汽、水比例發(fā)生變化（汽容積增加）而引起汽泡液位上升，這是引起汽泡“虛假液位”的主要原因。 汽泡液位在蒸汽擾動下的動態(tài)特性 蒸汽負荷（即蒸汽流量）對液位的影響，即干擾通道的動態(tài)特性 在蒸汽流量擾動下，液位響應曲線如圖 ?？杀硎緸椋? ()() ( ) 1 (1 )ow HsWs W s s s s s? ?? ???? ? ? ??? 式中 ? 為遲延時間 (s)。即當給水量作階躍變化后，汽泡液位一開始不立即增加，而是呈現(xiàn)出一段起始慣性段。最后當汽泡容積不再變化時，液位由于儲水量的增加而直線上升。使得汽泡容積有所減少，使液位下降，單獨考慮這個因數(shù)，液位的變化如圖中曲線H2，相當于慣性環(huán)節(jié)，實際上液位 H 的響應 即為 H1與 H2的和。把汽泡和給水看作單容量無自平衡的過程，液位階躍響應曲線如圖中 H1 線 。當突然加大給水量后，汽泡液位一開始并不增加而要呈現(xiàn)一段起始慣性段。把汽泡和給水看作單容無自動平衡的對象，液位響應曲線應為一條直線。 如果我們只考慮主要擾動，研究表明汽泡液位對象的動態(tài)特性可用方程式表示為： 21 2 12 ( ) ( )wdw w w d d dd v d vd k d kT T T T k v T k vd t d t d t d t? ? ? ? ? 式子中 1T 、 2T 為 時間常數(shù)， wT 是給水流量項時間常數(shù)， dT 為 蒸汽流量項時間常數(shù)，wK 是給水流量項放大系數(shù)， DK 為 蒸汽流量項放大系數(shù)。 華北理工大學電氣工程學院 6 第三章 鍋爐汽泡液位 的 控制系統(tǒng) 的設計 鍋爐汽泡液位的基本特性 汽泡的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，必須當給水量等于蒸汽量時，汽泡液位就保持恒定不變。其中以鍋爐缺水事故的比例最高。因此，鍋爐的安全問題是一個非常重要的問題，必須引起我們的高度重視。被控 變量一般是過熱器出口溫度，操縱變量是減溫器的噴水量。為達到上述三個控制目的，控制手段也有三個，即燃料量、送風量和引風量。維持汽泡液位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐、氣輪機安全運行的必要條件之一，是鍋爐正常運行的指標。 1）鍋爐汽泡液位的控制 被控變量是汽泡液位，操縱變量是給水流量。 鍋爐設備控制劃分為若干個控制系統(tǒng)。即通過各種檢測儀表，調(diào)節(jié)儀表，控制裝置（運算器，監(jiān)控器，執(zhí)行器）等自動化技術工具，對鍋爐生產(chǎn)過程中的溫度，壓力，流量，液位等熱工變量進行自動控制的系統(tǒng)。 鍋爐汽泡及蒸發(fā)管中貯藏的蒸汽和水，貯藏量的多少是以被調(diào)量液位表征的，汽泡的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當給水量等于蒸汽量時，汽泡液位就恒定不變。這些后果都是十分嚴重的。同時會使飽和蒸汽中含鹽量增高，降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁和汽輪機葉片上的結垢。 維持汽泡液位在給定范圍內(nèi)是保證鍋爐和汽輪機安全運行的必要條件，也是鍋爐正常運行的主要指標之一。鍋爐系統(tǒng)的主要包括燃燒系統(tǒng)、送引風系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)等。隨著 工業(yè)生產(chǎn)華北理工大學電氣工程學院 4 規(guī)模不斷擴大，生產(chǎn)過程不斷強化，生活設備不斷革新，鍋爐向大容量、高參數(shù)、高效率方向發(fā)展。 根據(jù)鍋爐的作用不同，可分為電站鍋爐，工業(yè)鍋爐，生活鍋爐等。 鍋爐是一種承受一定工作壓力的能量轉(zhuǎn)換設備。根據(jù)鍋爐控制現(xiàn)狀及本人的仿真結果，提出三維 PID自整定規(guī)則。本文設計了汽泡液位三沖量 PID串級控制系統(tǒng)和三沖量自適應模糊 PID控制系統(tǒng)。在實際運行中常常需要手工操作。汽泡液位的動態(tài)特性主要有：非線性、不確定性、時滯和負荷干擾、非最小相位特征等。最近幾年對于經(jīng)典模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能的改善、模糊集成控制、模糊自適應控制與多變量模糊控制的研究，特別是針對復雜系統(tǒng)的自學習與參數(shù)自調(diào)整模糊系統(tǒng)方面的研究受到學者的關注。我國是最早把模糊理論引入氣象預報、地震預測和高爐冶煉控制方面的國家。自從 1965年加利福尼亞大學的查德教授創(chuàng)建模糊集理論和 1974年英國的 成功地將模糊控制應用于鍋爐和蒸汽機控制以來，模糊控制得到廣泛發(fā)展并在現(xiàn)實中得以成功應用。 采用模糊控制的方法，根據(jù)專家知識和熟練操作人員的經(jīng)驗積累來確定隸屬函數(shù)，建立知識庫（包括數(shù)據(jù)庫與規(guī)則庫），進行合成推理和控制決策的模糊控制策略，可以取得令人滿意的控制效果，能夠更加精確的控制鍋爐液泡液位，增加生產(chǎn)的安全性和效率。對鍋爐汽泡液位控制方法大多采用傳統(tǒng)的 PID 控制方式，由于傳統(tǒng) PID控制系統(tǒng)的參數(shù)是固定不變，在穩(wěn)定的工況下一般可以投 入自動，但在系統(tǒng)運行動態(tài)大幅度變化的情況下，系統(tǒng)不能適應，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定甚至失控。并且汽泡液位過高會導致蒸汽帶水進入過熱器并在過熱管內(nèi)結垢，影響傳熱效率，嚴重的引起過熱器爆管；液位過低又將破壞部分水冷壁的水循環(huán)，引起水冷壁局部過熱而爆管。要對其建立一個精確地數(shù)學模型相當苦難。而實際工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控對象往往具有非線性、時延的特點，應用常規(guī)的控制手段難以達到理想的控制效果，研究對非線性、時延對象的先進控制策略，提高系統(tǒng)的控制水平，具有重要的實際意義。 （ 4）將模糊控制器加入到系統(tǒng)中，進行系統(tǒng)最終的設計 （ 5）進行 MATLAB/SIMULINK 仿真及仿真對比。 主要研究目標 1）基于系統(tǒng)因素，建立 SIMULINK 系統(tǒng)框圖； 2）基于 MATLAB 設計模糊控制器； 3）完成控制系統(tǒng)的仿真及兩種仿真的對比； 研究的主要內(nèi)容 （ 1）研究工業(yè)鍋爐汽泡液位控制的基本要素，建立基本系統(tǒng)框圖，比較多種鍋爐液泡液位控制方法的優(yōu)缺點，采用最佳系統(tǒng)方案：串級三沖量控制系統(tǒng) 華北理工大學電氣工程學院 2 （ 2）建立系統(tǒng)的基本數(shù)學模型。相反，模糊控制是模擬人類邏輯思維能力 ,不依賴被控對象的精確數(shù)學模型 ,只需提供專業(yè)技術人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù) ,對復雜系統(tǒng)有著良好的控制效果。因此 ,必須采取特殊的控制策略針提高系統(tǒng)的抗干擾能力 ,使控制效果明顯改善 ,保證汽泡液位能夠保持穩(wěn)定。但是隨著工業(yè)鍋爐容量的增加，鍋爐汽泡液位變化速度愈來愈快，人工操作難以達到要求，因此對汽泡液位實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)提出了迫切的要求。液位過低，可能破壞環(huán)鍋爐汽水自然循環(huán)系統(tǒng)中某些比較薄弱的環(huán)節(jié)，可能導致水冷管壁被燒壞，甚至會造成爆炸事故。而鍋爐汽泡液位在鍋爐正常工作過程中的及其重要，汽泡液位過高，會影響汽泡內(nèi)汽水分離的效果，使汽泡出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會使汽輪機產(chǎn)生水沖擊，引起軸封破損、葉片斷裂等事故。 Fuzzy PID controller。串級三沖量控制；模糊 PID 控制器；二輸入三輸出 Abstract II Abstract The boilerIs indispensable in the process of production of industrial equipment, boiler steam bubble level is quite important parameters in the normal operation of boiler. But the water level of boiler steam bubble is usually influenced by the factors,such as changes of load access water speed water quality etc which has the delay and the nonlinear and other feators . The design use the cascade three impulse boiler steam soak liquid level control system to improve system stability and accuracy, this design to design the error E and error change rate EC as input, the PID controller of KP, KI, KD for the output of the two input three output of fuzzy PID purpose is to improve the shortings of PID control parameter which is Parameter settingand adapting poorly.. And through the simulation in MATLAB Simulink environment is verified, the results show that the boiler steam drum water level control system both in the load change under the condition of small, or severe changes in load operation condition, can achieve smooth regulation of water level, water level always stay within the specified range. Key words: Drum level。本設計通過 在 MATLAB 的 Simulink 環(huán)境中 仿真進行了驗證 ,結果表明鍋爐汽泡液位控制系統(tǒng)在負荷變化的情況下 ,還是在負荷劇烈變化的運行工況下 ,都可以實現(xiàn)液位的平穩(wěn)調(diào)節(jié) ,液位始終保持在規(guī)定的波動范圍之內(nèi)。 學 號： 202114410504 畢業(yè)設計說明書 GRADUATE DESIGN 設計題目： 基于模糊 PID 算法的鍋爐液位控制設計 學生姓名： xxx 專業(yè)班級 ： 12 電 4 學 院： 電氣學院 指導教師： xxx 講師 2021 年 06 月 08 日 摘 要 I 摘 要 鍋爐是我們在工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的工業(yè)設備，鍋爐汽泡液位是鍋爐正常運行中的相當重 要的參數(shù)。而鍋爐汽泡液位經(jīng)常受到鍋爐的負荷變化、進出水速度、水質(zhì)等許多因素的影響 ,本設計采用串級三沖量鍋爐汽泡液位控制系統(tǒng)來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及準確性，本設計設計了誤差 E 及誤差變化率 EC 為輸入 ,PID控制器的 KP、 KI、 KD 為輸出的二輸入三輸出的模糊 PID 控制器 ,改善了 PID 控制的參數(shù)整定困難、適應差的缺點。 關鍵詞 :汽泡液位 。 Dascade three impulse control。 Two input three output 目 錄 III 目 錄 摘 要 ............................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................................ II 第一章 緒論 .................................................................................................................................... 1 ............................................................. 1 ......................................................... 1 ....................................................... 1 ........................................................... 2 、改進 及創(chuàng)新 ............................................. 2 第二章 工業(yè)鍋爐的理論基礎 ........................................................................................................ 3 ................................................. 3 ..................................................