課程設(shè)計(jì)論文-基于模糊控制器的船用鍋爐燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2025-03-02 19:24本頁(yè)面
【正文】 計(jì) 鍋爐燃燒控制系統(tǒng)概述 工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)工業(yè)鍋爐是一個(gè)復(fù)雜的調(diào)節(jié)對(duì)象，有許多個(gè)調(diào)節(jié)參數(shù)和被調(diào)節(jié)參數(shù)，還存在著錯(cuò)綜復(fù)雜的擾動(dòng)參數(shù)。圖6 工業(yè)鍋爐輸入輸出之間的相互關(guān)系示意圖由圖6可以看出，工業(yè)鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)對(duì)象，調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)節(jié)參數(shù)之間存在著許多交叉的影響，如當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時(shí)，所有的被調(diào)量都會(huì)發(fā)生變化。因此，理想的鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)該是多回路的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。目前實(shí)際解決鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)任務(wù)的方法是將鍋爐當(dāng)作幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)對(duì)象所組成，相應(yīng)地設(shè)置幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，即鍋爐給水自動(dòng)控制系統(tǒng)、過(guò)熱蒸汽汽溫自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，鍋爐燃燒自動(dòng)控制系統(tǒng)等。為此，燃燒過(guò)程控制系統(tǒng)由三個(gè)控制任務(wù)：維持主汽壓以保證蒸汽的品質(zhì)；維持最佳的空燃比以保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；工業(yè)鍋爐燃燒系統(tǒng)輸入與輸出的關(guān)系圖7如下。船用鍋爐受使用情況、系統(tǒng)特點(diǎn)等諸多因素的限制，其燃燒控制系統(tǒng)一般不采用電站鍋爐及工業(yè)鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中經(jīng)常使用的，以鍋爐排煙中的煙氣含氧量作為控制或修正信號(hào)，來(lái)實(shí)現(xiàn)燃料量與空氣量的配比控制。船用鍋爐燃燒過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的框圖如圖8所示圖8船用鍋爐燃燒控制系統(tǒng)框圖 主蒸汽壓力模糊自適應(yīng)P I D控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前船用鍋爐燃燒控制系統(tǒng)中采用了主蒸汽壓力和空氣壓力兩個(gè)控制器，由于主蒸汽壓力主控制器的控制輸出信號(hào)與燃油流量有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此由主蒸汽壓力控制器直接控制燃油流量調(diào)節(jié)滑閥，從而省去了燃油流量控制器，主蒸汽壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)和燃油流量調(diào)節(jié)系統(tǒng)合為一個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。這樣使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也可以縮短系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，即提高系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性能。由上可知鍋爐是一個(gè)多輸入、多輸出、多回路、非線性的相互關(guān)聯(lián)的對(duì)象，調(diào)節(jié)參數(shù)與被調(diào)節(jié)參數(shù)之間存在著許多交叉的影響，使用簡(jiǎn)單的PID控制算法很難達(dá)到理想的控制效果。模糊自適應(yīng)PID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)PID參數(shù)的模糊自整定，即控制器根據(jù)系統(tǒng)偏差和偏差的變化率，通過(guò)一定的模糊推理來(lái)自行調(diào)整PID參數(shù)。本論文主蒸汽壓力控制器采用模糊自適應(yīng)PID控制器，下面介紹模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)。在單變量模糊控制器中，將輸入變量的個(gè)數(shù)定義為模糊控制器的維數(shù)，一維模糊控制器由于僅僅采用偏差E，很難反映受控過(guò)程的動(dòng)態(tài)特性品質(zhì)，因此所獲得的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性是不能令人滿意的。從理論上講，模糊控制系統(tǒng)所選用的模糊控制器維數(shù)越高，系統(tǒng)的控制精度越高。因此本論文選用二維模糊控制器，即輸入變量為受控變量和輸入給定的偏差E和偏差變化EC. 輸入變量輸出變量的模糊化模糊控制用模糊變量子集來(lái)描述論域上的變量，當(dāng)用語(yǔ)言變量值表示一個(gè)語(yǔ)言變量時(shí)，一般將其分為5—10檔。一般選誤差論域≥6，誤差變化率論域小≥6，控制量論域，≥6。則系統(tǒng)輸入輸出的模糊變量子集為：{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正，J、正中，正大)且p{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}。模糊隸屬函數(shù)的確定基于以下原則。模糊子集的隸屬函數(shù)對(duì)論域覆蓋面的大小直接影響控制器的輸出。量化因子與比例因子的確定。量化因子疋、誤差變化率量化因子如及控制量量化因子K，分別由以下各式確定。當(dāng)K選得較大時(shí)，系統(tǒng)的超調(diào)也較大，過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)；如對(duì)超調(diào)的抑制作用十分明顯，當(dāng)如選擇較大時(shí)，超調(diào)量減小，如越大，系統(tǒng)超調(diào)量越小，但系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間變長(zhǎng)。基于以上原則本論文選用本系統(tǒng)中的量化因子和比例因子由等級(jí)劃分初步確定后，在系統(tǒng)仿真和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試中根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。利用模糊集合理論和語(yǔ)言變量的攝念，可以把利用語(yǔ)言歸納的手動(dòng)控制策略上升為數(shù)值運(yùn)算，于是可以采用微計(jì)算機(jī)完成這個(gè)任務(wù)以代替人的手動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)所謂的模糊自動(dòng)控制。偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差；如果K。因此當(dāng)偏差l eI較大時(shí)，為提高響應(yīng)速度，K。應(yīng)減??；當(dāng)偏差很小時(shí)，為使系統(tǒng)盡快穩(wěn)定，則其應(yīng)繼續(xù)減小。；反之，適當(dāng)減小。．表5．1 p的控制規(guī)則表6543210123456PB00000000000PM0000000000PS00000000000ZE0000000000NS00000000000NM0000000000NB00000000000積分環(huán)節(jié)主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無(wú)差度。在常規(guī)PID控制中，偏差過(guò)大時(shí)，為防止積分飽和，常將積分環(huán)節(jié)分離出來(lái)，當(dāng)偏差減小至一定范圍時(shí)，才加入積分環(huán)節(jié)。叢j的控制規(guī)則見(jiàn)表5．2所示表5．2戰(zhàn)的控制規(guī)則表NBNMNSZEPSPMPBNBNBNBNBNMNSNSZENMNBNBNMNSNSZEPSNSNBNMNSNSZEPSPSZENMNSNSZEPSPSPMPSNSNSZEPSPSPMPBPMNSZEPSPSPMPBPBPBZEPSPSPMPBPBPB微分環(huán)節(jié)反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)，并能在偏差信號(hào)值變得太大之前加入一個(gè)修正信號(hào)，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少超調(diào)時(shí)間，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但它對(duì)干擾信號(hào)同樣敏感，會(huì)使系統(tǒng)抑制干擾的能力下降。其原則是：當(dāng)l ec l值較小時(shí)，髟取大一些；當(dāng)f ec l值較大時(shí)，局取較小的數(shù)值，通常％為中等大小。表5．3戰(zhàn)控制規(guī)則表65432101234566303030333445556A7271787B805303030373B485E6C71747A808443030303B44506A6A72768085
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