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1、-.-摘 要锅炉是典型的复杂热工系统，目前，中国各种类型的锅炉有几十万台，由于设备分散、管理不善或技术原因，使多数锅炉难以处于良好的工况，增加了锅炉的燃料消耗，降低了效率。锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，而汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标，保证水位控制在给定范围内，对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个网络安全运行具有重要意义。汽包水位的控制是锅炉控制的一个难点，目前，对汽包水位的控制大多采用常规PID控制方式，传统的常规PID控制方式是根据被控制对象的数学模型建立，由于锅炉水位系统存在非线性、不确定性、时滞和负荷干扰、非最小相位特征等，其精确的数学模型往往无法
2、获得，而且常规PID控制的参数是固定不变的，难以适应各种扰动及对象的变化，其控制效果往往难以满足要求，控制效果不理想。模糊控制是建立在人工经验基础之上的，它能将熟练操作员的实践经验加以总结和描述，并用语言表达出来，得到定性的、不精确的控制规则，不需要被控对象的数学模型。模糊控制易于被人们接受，构造容易，鲁棒性和适应性好。本文分析了汽包水位对象的动态特性，介绍传统的控制方式。由于锅炉水位控制系统的调节器输入端常加有三个输入量，极易引起水位控制偏差，本文提出了两种消除水位偏差的方法：(1)辅助信号自消方法 (2)辅助信号对消方法。根据三冲量水位调节系统控制水位误差，设计采用了三冲量PID串级控制方
3、式，采用辅助信号蒸汽流量和给水流量对消方法消除水位偏差。根据锅炉控制现状，提出了参数自整定模糊控制规则，设计了二输入三输出自适应模糊PID控制器对汽包水位进行控制，克服了传统控制方式的控制效果不精确和参数难以调整等缺点。利用MATLAB对传统PID控制系统和三冲量自适应模糊PID控制系统仿真，结果表明后者的自适应能力更强，抗干扰能力和鲁棒性更好，保证水位的稳定。关键词锅炉；汽包水位；三冲量；串级系统；PID控制；模糊控制AbstractThe self-adaptability fuzzy PID control with three impulses for boiler water lev
4、el the system for boiler water level is a typical complicated thermal technical system. At present, the diversified style boilers have several lacks in china. Due to equipments separated, no good of manage and the causation of technical, due to above causation, it is difficult that the most boiler i
5、n good condition, and increasing the fuels consume and depressing efficiency of the boiler. The problem of modeling and control is an attention focus of people. The boiler water lever is importance index of industry boiler safety and stabilization. It is importance meaning to ensure water level in d
6、efinite range for increasing quality of steam and reducing wastage of equipment and insuring safety of whole heart-power-net. At present, the mostly method is adopt the routine PID control. Because of routine PID control parameter is changeless. It is difficulty to adapt the diversion disturbs and v
7、ariation objects. The method is not satisfy require and ideality. The fuzzy control based on foundation of manpower experience, it is summarize and describe of skill workers practice experience, and it is giver expression to using vocabulary, its gained mathematics model of no precise object. The fu
8、zzy control is facility to be accepted and structure.This article analyses dynamic characteristic of water level object and introduces traditional control method. Because there are three inputs accede to adopter of water lever control system of boiler, it is easy to bring error of water lever contro
9、lling. This article puts forward two methods to dispel error of water lever: (l) assistant signal self-disappear. (2) Assistant signals each other dispel. According to three impulse control water lever error, designing three impulse PID cascade is control system. According to actuality of boiler con
10、trol, putting forward fuzzy control rule of parameter self-adaptability, designing The Self-Adaptability Fuzz PID Control System. This system gets over disadvantage of no precision and defaulting to adjust parameter for using tradition control methods. This article designs cascade PID control system
11、 and self-adaptability fuzzy PID three impulse control system for controlling water level. The simulation results show that fuzzy controller is better than the traditional PID controller in MATLAB at adaptability, anti-jamming, etc. Keywords boiler ；Water level；Three impulse；Cascade system；PID contr
12、oller；Fuzzy controller .-目 录摘 要IAbstractII第一章 引言1第二章 工业锅炉的理论基础22.1工业锅炉的控制要求与工艺流程22.2锅炉设备控制系统42.3锅炉水位控制系统在锅炉生产控制系统中的重要性5第三章 锅炉汽包水位的基本特性和汽包水位控制系统方案选择63.1锅炉汽包水位控制对象的基本特性63.1.1汽包水位在给水流量扰动下的动态特性63.1.2汽包水位在蒸汽负荷扰动下的动态特性73.1.3燃料量扰动下汽包水位的动态特性83.2锅炉汽包水位控制系统及控制方案选择93.2.1单冲量水位控制系统93.2.2双冲量水位控制系统103.2.3三冲量水位控制系统
13、103.2.4汽包水位的三冲量PID串级控制系统133.2.5锅炉汽包水位的三冲量串级PID控制系统仿真14第四章 模糊控制194.1 模糊控制的产生与发展194.2模糊控制的基本原理194.2.1模糊控制系统组成194.2.2模糊控制器的基本结构204.3模糊PID控制器24第五章 自适应模糊PID控制系统设计2651自适应模糊PID控制器的设计265.2三冲量自适应模糊PID控制系统325.3三冲量自适应模糊PID控制与传统PID控制仿真结果比较33结束语37致谢38参考文献39.-第一章 引言在锅炉运行中,水位是一个很重要的参数。若水位过高,则会影响汽水分离的效果,使用电气设备发生故障;
14、而水位过低,则会破坏汽水循环,严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而汽包的体积相对来说较小,所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务,就是控制给水流量,使其与蒸发量保持平衡,维持汽包内水位在允许的范围内变化。目前我国有各类锅炉几十万台，其中相当大的部分还在使用常规仪表控制。由于锅炉水位存在一定的反向特性即“假水位”现象，而常规仪表所常用的PID算法对“假水位”现象的控制效果并不理想，若要较好的控制“假水位”现象，采用常规仪表所构成的控制器，其结构复杂性又会增加，造成成本较高。因此研究新型的水位控制系统，使其能进一步提高水位控制的效果，同时又具有结构简单、容易实现
15、的特点，还是非常必要的。模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。模糊控制的核心就是利用模糊集合理论，把人的控制策略的自然语言转化为计算机能够接受的算法语言所描述的控制算法，这种方法不仅能实现控制，而且能模拟人的思维方式对一些无法构造数学模型的被控对象进行有效的控制。三冲量锅炉水位控制系统中的主回路控制部分与蒸汽前馈控制部分正是属于这种情况：由于虚假液位的影响和各种参数存在的时变性而导致无法确定这一过程的数学模型，这样就不能设计常规的控制器进行控制。.-第二章 工业锅炉的理论基础2.1工业锅炉的控制要求与工艺流程锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点，锅炉的复杂特性使得采用常规方法难以获得良好效果，近年来锅炉的建模和控制融入了智能化的手段。自从1965年加利福尼亚大学的查德教授创建模糊集理论和1974年英国的 E.H.Mamdani 成功地将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机控制以来，模糊控制得到广泛发展并在现实中得以成功应用。模糊控制在70年代才引入中国，研究起步较晚，但发展较快，目前在模糊控制、模糊辨识、模糊聚类、模糊模式识别等领域取得很大成就。我国是最早把模糊理论引入气象预报、地震预测和高炉冶炼控制方面的国家。在自适应模糊PID控制器方面，我国的许多学者研究提出了采用模糊逻辑的非常规的PID控制器，研究表明自适应、自
