【正文】 種 雙沖量控制系統(tǒng) 仿真程序的區(qū)別就是把加法器放在了控制器之前。即與單沖量控制系統(tǒng)的控制效果相同。 三 沖量控制系統(tǒng)的仿真 研究 第一種三沖量控制系統(tǒng)的仿真 圖 423 第 一 種 三沖量控制系統(tǒng)的 仿真程序 26 取 鍋爐水位對(duì)象參數(shù)為： ?0 =， ? =100， ?f =， K=50， T=20。 主 PID 控制器參數(shù) 取 為： P=， I=，D=。 這是一個(gè)前饋與串級(jí)控制，在第一種雙 沖量控制系統(tǒng)的仿真 程序中增加了副 PID 控制器 ，組成了副回路。 可 以說(shuō) 副回路對(duì)給水流量干擾 是完全克服 。 這主要是在 三沖量控制系統(tǒng) 中，由于副回路的存在，使其對(duì)進(jìn)入副回路的干擾具有較強(qiáng)的克服能力 。從而得到非常好的控制效果。 主回路輸出 如圖 427所示 ，與第一種雙沖量控制系統(tǒng)的輸出基本相同 ，由此可見，三沖量控制系統(tǒng)對(duì)于副賄賂給水流量的干擾，能及時(shí)地加以克服，使汽包水位 能夠維持穩(wěn)定。 由于三沖量控制系統(tǒng)對(duì)給水干擾基本完全克服，所以主要干擾只是蒸汽流量干擾。 當(dāng)給水 流量 和 蒸汽流量 同時(shí) 突然增加20%， 副回路和主回路輸出 仿真結(jié)果 分別 如 圖 428 和圖 429 所示 。液位輸出 分別與 圖 426 和圖 427 相同。 主控制器 PID 參數(shù)為 P=4， I=， D=50。也就是說(shuō)，給水流量干擾基本完全被克服。其最大超調(diào)約為 40%。 圖 433 20%給水流量干擾仿真結(jié)果 P=4， I=， D=50 圖 434 20%蒸汽流量干擾仿真結(jié)果 P=4， I=， D=50 第三種三沖量控制系統(tǒng)的仿真 仿真程序 如圖 435 所示，把加法器放在了控制器之前。 一般 C1等于 1 或小于 1， 在 這里我 發(fā)現(xiàn) 取 C1= 控制效果更好些。而 我這樣做 卻 能達(dá)到想要的控制效果。 圖 436 20%給水流量干擾仿真結(jié)果 P=10， I=0， D=0 當(dāng) 蒸汽流量突然增加 20%， 如圖 437，約經(jīng)過(guò) 800 秒，液位穩(wěn)定到 給 定值，其最大超調(diào)約為 30%。 都能很好地克服給水流量的干擾使系統(tǒng)輸出維持穩(wěn)定。 32 圖 437 20%蒸汽流量干擾仿真結(jié)果 P=10， I=0， D=0 由以上 對(duì)單沖量控制系統(tǒng)，雙沖量控制系統(tǒng)，三沖量控制系統(tǒng)的仿真研究，可以知道，單沖量控制系統(tǒng)只是以液位信號(hào)作為反饋對(duì)液位進(jìn)行控制， 不能克服給水流量和蒸汽流量的干擾。雙沖量控制系統(tǒng)引入蒸汽流量的前饋信號(hào)，能夠克服蒸汽流量的干擾，改善了系統(tǒng)的控制品質(zhì)，但是雙沖量控制系統(tǒng)仍不能克服流量的干擾。大大改善了系統(tǒng)的控制品質(zhì)。若這三個(gè)參數(shù)改變，則鍋爐汽包液位對(duì)象就改變了。 改變 K 值 根據(jù)前邊對(duì)對(duì)象特性的研究可知， K 越大假液位現(xiàn)象越嚴(yán)重且 持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng) 。 因此對(duì)于停留時(shí)間短、 負(fù)荷變動(dòng)較大 的情況，這樣的系統(tǒng)不能適應(yīng)，水位不能保證。 33 圖 438 20%蒸汽流量干擾下 K=85時(shí) 單沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 439 20%蒸汽流量干擾下 K=170時(shí)雙 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 440 20%蒸汽流量干擾下 K=175時(shí)三 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 34 對(duì)于雙沖量控制系統(tǒng)，當(dāng) K=170 時(shí)，仿真結(jié)果 如圖 439 所示，這時(shí) K 達(dá)到臨界最大值， K 若大于 85，液位同樣會(huì)超出允許波動(dòng)范圍， 使汽包水位降到危險(xiǎn)程度以致 會(huì) 發(fā)生事故 。 由 以上研究可知，三種控制系統(tǒng)對(duì) K 的變化都有一定的魯棒性，且雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)于單沖量控制系統(tǒng)。 改變 T 值 根據(jù)前邊對(duì)對(duì)象特性的研究可知， T 越小，假液位上升越快 ， 假液位 現(xiàn)象也越 嚴(yán)重 。內(nèi) 當(dāng) T 大于等 于 100 時(shí)，假液位現(xiàn)象基本消失。 圖 441 20%蒸汽流量干擾下 T=1時(shí)單 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 442 20%蒸汽流量干擾下 T=1時(shí)雙 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 35 圖 443 20%蒸汽流量干擾下 T=1時(shí)三 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 在 20%蒸汽流量干擾下，當(dāng) T =1 時(shí)，單沖量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 如圖 441 所示。即使 T 再減小，輸出也沒有多大變化。同樣情況下，雙沖量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 如圖 442 所示，三沖量控制系統(tǒng)仿真結(jié)果 如圖 443 所示。 改變 ? 值 對(duì)于單沖量控制系統(tǒng)，在 20%給水流量干擾下，當(dāng) ? =110 時(shí)，仿真結(jié)果 如 圖 444所示，這時(shí) 系統(tǒng)輸出 開始產(chǎn)生波動(dòng)， ? 若大于 110， 波動(dòng)會(huì)更嚴(yán)重 。所以單沖量控制系統(tǒng)對(duì) ? 的適用范圍應(yīng)在 90～ 110 之間。與單沖量控制系統(tǒng)的仿真結(jié)果相同。 圖 444 20%給水流量干擾下 ? =110時(shí)單沖量控制系統(tǒng) 仿真 結(jié)果 P=， I=， D= 36 圖 445 20%給水流量干擾下 ? =90時(shí)單沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 446 20%給水流量干擾下 ? =110時(shí) 雙 沖量控 制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 447 20%給水流量干擾下 ? =90時(shí) 雙 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 37 圖 448 20%給水流量干擾下 ? 取任何值 時(shí) 三 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 449 20%蒸汽 流量干擾下 ? =105時(shí) 三 沖量 控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 圖 450 20%蒸汽 流量干擾下 ? =85時(shí) 三 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 38 對(duì)于三沖量控制系統(tǒng)，在 20%給水流量干擾下，經(jīng)多次試驗(yàn)可知 ? 取任何值時(shí)，仿真結(jié)果都一樣，對(duì)系統(tǒng)不產(chǎn)生任何影響。但是，在 20%蒸汽流量干擾下，當(dāng) ? =105 時(shí) ，仿真結(jié)果 如圖 449 所示，這時(shí) 系統(tǒng)輸出 開始產(chǎn)生波動(dòng)， ? 若大于 105，波動(dòng)會(huì)更嚴(yán)重。所以三沖量控制系統(tǒng)對(duì) ? 的適用范圍應(yīng)在 85～ 105 之間。仿真結(jié)果 如圖 451 所示。 圖 451 20%蒸汽 流量干擾下 ? =110時(shí) 單 沖量控制系統(tǒng) 仿真結(jié)果 P=， I=， D= 綜上所述，通過(guò)對(duì)各控制系統(tǒng)魯棒性的仿真研究，可以知道，對(duì)于對(duì)象特性變化，三種控制系統(tǒng)都具有一定的魯棒性。由于 T 的變化對(duì)對(duì)象特性的改變不是很大，所以對(duì)于 T 的變化，三種控制系統(tǒng)魯棒性都很強(qiáng)。 對(duì)象特性在一定小范圍內(nèi)變化，三種控制系統(tǒng)仍可以繼續(xù)控制對(duì)象滿足生產(chǎn)要求，但是這時(shí) PID 控制參數(shù) 已經(jīng) 不是最佳 參數(shù) 了。 需要重新整定最佳控制器參數(shù)。 智能 PID 控制 器 可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì) PID 參數(shù) 的最佳調(diào)整，使系統(tǒng)具有 自適應(yīng)能力。 智能 PID 控制 器把古典的 PID 控制與先進(jìn)的專家系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最佳控制，這種控制在精確的對(duì)象模型基礎(chǔ)上將操作人員（專家）長(zhǎng)期實(shí)踐積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)用控制規(guī)則模型化，然后運(yùn)用推理對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行最佳調(diào)整。 自適應(yīng)模糊 PID 控制器以誤差 e 和誤差變化 ec 作為輸入，可以滿足不同時(shí)刻的 e和 ec 對(duì) PID 參數(shù)自整定的要求。 圖 51 自適應(yīng)模糊控制器 結(jié)構(gòu) PID 參數(shù)模糊自整定是找出 PID 三個(gè)參數(shù)與 e 和 ec 之間的模糊關(guān)系，在運(yùn)行中通過(guò)不斷檢測(cè) e 和 ec ，根據(jù)模糊控制原理來(lái)對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修改，以滿足不同 e 和 40 ec 時(shí)對(duì)控制參數(shù)的不同要求，而使被控對(duì)象有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能。 模 糊控制設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，得到針對(duì) ,p i dk k k 三個(gè)參數(shù)分別整定的模糊控制表 [5]。將系統(tǒng)誤差 e 和誤差變化率 ec 變化范圍定義為模糊集上的論域。設(shè) ,eec 和 ,p i dk k k 均服從 正態(tài)分布，因此可得出各模糊子集的隸屬度，根據(jù) 各模糊 子集的隸屬度賦值表和各參數(shù)模糊控制模型，應(yīng)用模糊合成推理設(shè)計(jì) PID 參數(shù)的模糊矩陣表，查出修正參數(shù)代入下式計(jì)算： 39。 { , }i i i i ik k e ec?? （ 54） 39。其 程序框 圖如圖 52 所示。 42 圖 52 在線自校正 程序框 圖 取 鍋爐水位對(duì)象參數(shù)為： ?0 =， ? =100， ?f =， K=50， T=20。 當(dāng) 系統(tǒng)突然受到 的干擾時(shí)， 在線自校正 仿真結(jié)果如 圖 53。與前邊提到的常規(guī) 43 圖 53 ? =100，干擾為 在線自校正 仿真結(jié)果 PID 控制系統(tǒng)比較， 模糊自適應(yīng)整定 PID 控制 大大改善了控制品質(zhì)。與圖 53 比較，二者基本一樣。然而 由圖 54 可知， 模糊自適應(yīng)整定PID 控制 的魯棒性很強(qiáng)，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)能力 。但是由此不難看出， 用模糊自適應(yīng)整定 PID 控制實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制 完全可以實(shí)現(xiàn)，并且簡(jiǎn)單、易行，且能夠改進(jìn)控制質(zhì)量。 得出以下結(jié)論： （ 1） 對(duì)于汽包水位的動(dòng)態(tài)特性，特別是在蒸汽流量干擾時(shí)，產(chǎn)生虛假水位現(xiàn)象。在一定范圍內(nèi)， T 越小，假液位上升越快，假液位現(xiàn)象也越嚴(yán)重。 （ 2） 用 經(jīng)驗(yàn)湊試法 整定 PID 控制器參數(shù)簡(jiǎn)單易行。 （ 3） 單沖量控制系統(tǒng) 不能克服給水流量和 蒸汽流量的干擾。 雙沖量控制系統(tǒng)可以及時(shí)糾正負(fù)荷干擾下的假水位引起的調(diào)節(jié)閥的誤動(dòng)作，減小汽包水位的波動(dòng)。三沖量控制系統(tǒng) 克服了上述缺點(diǎn)， 對(duì)于給水的擾動(dòng) 也 能夠及時(shí)克服，在蒸汽流量和給水流量共同影響下，能得到令人滿意的控制效果。對(duì)于 K 的變化，雙沖量控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)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。然而對(duì)于 ? 的變化，三種控制系統(tǒng)對(duì) ? 的魯棒性都較小。 45 附 錄 在線自校正 程序 %%%%%%%%%%%%%%Fuzzy Tunning PID Control%%%%%%%%%%%%% clear all。 a=newfis(39。)。input39。e39。 %參數(shù) e a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[3,1])。input39。NM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[3,1,1])。input39。Z39。trimf39。 a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[1,1,3])。input39。PM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[1,3])。input39。ec39。 %參數(shù) ec a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[3,1])。input39。NM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[3,1,1])。input39。Z39。trimf39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[1,1,3])。input39。PM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[1,3])。output39。kp39。 %參數(shù) kp a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[,])。output39。NM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[,])。output39。Z39。trimf39。 a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[,])。output39。PM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,1,39。,39。,[,])。output39。ki39。 %參數(shù) ki a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[,])。output39。NM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[,])。output39。Z39。trimf39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[,])。output39。PM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,2,39。,39。,[,])。output39。kd39。 %參數(shù) kd a=addmf(a,39。,3,39。,39。,[3,1])。output39。NM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,3,39。,39。,[3,1,1])。output39。Z39。trimf39。 a=addmf(a,39。,3,39。,39。,[1,1,3])。output39。PM39。trimf39。 a=addmf(a,39。,3,39。,39。,[1,3])。 1 2 7 1 3 1 1。 1 4 6 2 1 1 1。 1 6 4 4 2 1 1。 2 1 7 1 5 1 1。