《文献综述-锅炉汽包水位智能系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《文献综述-锅炉汽包水位智能系统设计（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、文献综述电气工程及其自动化锅炉汽包水位智能系统设计前言锅炉水位智能控制是作为过程控制中常见的一类较为典型的控制对象。在近几十年，作为实现生产过程自动化的过程控制系统发展很快:这个纪四十年代前后，工业生产大多处于手工操作的状态，人们主要是凭经验用人工去控制生产过程，生产过程中的参数靠人工观察，生产过程中的操作也靠人工去执行。四十年代以后，生产过程自动化发展很快，尤其是近年来，过程控制技术发展更为迅速。纵观过程控制发展的历史，大致经历了下述几个阶段:五十年代前后，一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化，检测和控制仪表普遍采用基地式仪表和部分单元仪表(多数为气动仪表)，过程控制系统结构大多数是单输入单
2、输出系统，被控参数主要是温度、压力、流量和液位四种参数3;控制目的是保持这些参数的稳定，消除或减少对生产过程的主要扰动;控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，主要解决单输入单输出的定值控制系统的分析和综合8。六十年代，工业生产的不断发展对过程控制提出了新的要求，电子技术的迅速发展也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二个阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表(气动、电动)，出现了组装仪表；计算机控制系统开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制(DDC)与设定值控制(SPC)；在控制系统方面，为了提高控制质量与实现一些特殊要求，相继出现了各种复杂控制系统(串级、
3、比值、均匀控制系统等)，尤其是前馈和选择控制的应用，使复杂控制达到一个新的水平；控制理论方面，除了仍然采用经典控制理论以解决实际生产中遇到的问题外，现代控制理论开始得到应用，控制系统由单变量系统转向多变量系统，以解决生产过程中遇到的更为复杂的问题。在此期间，工厂企业实现了车间或大型装置的集中控制。七十年代以来，随着工业生产的迅猛发展，仪表与硬件的开发、微型计算机的开发应用，生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。对全厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制或者用多台计算机对生产过程进行控制和经营管理，是这一阶段的主要特征。七十年代中期，集散控制系统DCS)的问世受到了工业控
4、制界的青睐。随着芯片技术的发展，出现了一种新型的计算机控制系统现场总线系统，这一新技术表现出了极大的活力，值得我们注意。现场总线系统在工业过程控制中的应用将给传统的控制系统带来一场变革。智能控制的发展及应用智能控制是控制理论发展的高级阶段，主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。其中包括智能机器人系统、计算机集成制造系统(CIM)s、复杂的工业过程控制系统、航空航天控制系统、社会经济管理系统、交通运输系统、环保及能源系统等。具体说来，智能控制的研究对象具有不确定性的模型、高度的非线性和复杂的任务要求。智能控制是自动控制理论与人工智能相结合的产物。简单说来，智能控制所要解决的问题
5、是:如何将人工智能技术中较少依赖模型的问题求解方法与常规的控制方法相结合。智能控制理论包括下面几种:自适应、自组织和自学习控制:知识工程；信息；Perti网;人机系统理论；形式语言与自动机；大系统理论；神经网络理论；模糊集合论。其中模糊控制理论3和神经网络理论在过程控制中己有了较多的应用。智能控制就是把人工智能技术引入控制领域，建立智能控制系统18。自从国际知名美籍华裔科学家傅京孙（K S. Fu）在1965年首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统以来，国内外众多的研究者投于智能控制系统，并取得一些成果。经过20年的努力，到20世纪80年代中叶，智能控制新学科的形成条件已经成熟。1
6、985年8月，IEEE在美国纽约召开了新一届智能控制学术讨论会。会上集中讨论了智能控制原理和智能控制系统的结构。1987年1月，在美国费城IEEE控制系统学会和计算机学会联合召开了智能控制国际学术讨论会。会议显示出智能控制的长足进展，也说明了高新技术的发展要求重新考虑自动控制学科及其相关领域，这次会议表明，智能控制已经作为一门新学科，出现在国际科学舞台上。模糊控制技术的发展及其应用自扎德1965年开创“模糊集”以来，模糊控制合论及相应的模糊理论有了飞跃的发展1。但“模糊”一词却在美国科学界遭到了怀疑和反对。为此而影响了模糊逻辑在美国的研究和应用推广。1968年扎德首次公开发表了“模糊算法”，1
7、973年又发表了语言与模糊逻辑相结合的系统建立方法。1974年伦敦大学Mamdani博士首次尝试利用模糊逻辑，成功地开发了世界上第一台模糊控制的蒸汽引擎。1965年1974年是模糊控制发展的第一阶段，即模糊数学发展与成形的阶段。第二阶段大约从1974年1979年，这是产生简单模糊控制器的阶段。在这期间，美国加州一公司率先产生了第一只模糊逻辑芯片。1980年丹麦的斯密司公司首次应用芯片在水泥烘干机中成功地实现了模糊控制，但其自适应能力和鲁棒性很有限，稳定性也不够理想。1979年至今是发展高性能模糊控制器的第三阶段。1989年T.J.Procky和E.H.Mamdani共同提出了自学习概念，使系统
8、性能大为改善。1983年日本富士电机开创了日本第一项应用水净化处理。1987年日本仙台地铁线采用了模糊控制器。今天，模糊控制技术已经应用到相当广泛的领域中。例如，家用电器设备已成为主攻市场，诸如智能洗衣机、微波炉、吸尘器、空调机、照相机和摄录机等。在工业闭环控制系统中有水净化处理、发酵控制、化学反应、水泥要炉等等。在专用系统和其他方面的应用有地铁控制、电梯、自动扶梯、蒸汽引擎、声控直升机、纸币识别装置以及机器人等。我国也是世界上模糊控制技术研究的领先者之一。目前有数万名以上的科研工作者从事这项研究。在投入的人力方面，比日本、欧美都多、居世界第一。模糊数学70年代后期传入我国，不久即在我国得到了
9、飞速的发展。1980年成立了中国模糊数学与模糊系统学会，1981年创刊模糊数学杂志，1987年创办模糊系统与数学刊物。目前已成为模糊数学研究的四大力量之一（美国、西欧、日本及中国）。80年代中期，我国在模糊理论研究的同时开始了模糊控制技术研制开发工作。1988年3月由北京师范大学汪培庄教授及其博士生张洪敏等研制成功的“模糊推理机分离元件样机”，成功地实现了控制倒摆实验。东北大学田春山所开发的“自来水给水模糊控制器”已形成产品。90年代初，北京模糊工程中心的陈永义教授等先后研制开发了玻璃拉管线模糊逻辑控制器，电冰箱模糊控制器，可编程模糊逻辑控制器BFEC898系列产品，水泥厂矿石破碎机的模糊控制
10、系统，并都已形成产品投入运行。十几年来，我国在模糊逻辑控制研究和应用开发商已达到了一定的规模，形成了高新技术领域的热点技术。如西南交大、北京科技大学等高校已成为模糊控制的研究开发中心。从本世纪末到下世纪初我国在模糊控制研究开发领域将有更大的发展，主要反映在模糊控制理论的研究和模糊逻辑控制产品开发上，特别值得强调的是模糊逻辑在智能计算机与智能控制应用与开发上将起到重要的作用。仿真软件的发展状况及其应用早期的计算机仿真技术大致经历了一下几个阶段：20世纪40年代模拟计算机仿真;50年代初数学仿真；60年代早期仿真语言学的出现。80年代出现的面向对象仿真技术为系统仿真方法注入了活力6。我国早在50年
11、代就开始研究仿真技术了，当时主要用于国防领域，以模拟计算机的仿真为主。70年代初开始应用数学计算机进行仿真。随着数学计算机的普及，近20年以来，国际、国内出现了许多专门用于计算机数学仿真的仿真语言与工具，如ACSL,CSMP,MATLAB/Simulink，Build，CSMP-C等。MATLAB语言的首创者Cleve Moler教授在数值分析，特别是在数值线性代数的领域中很影响。他曾在密西根大学、斯坦福大学和新墨西哥大学任数学与计算机科学教授。1980年前后，时任新墨西哥大学计算机系主任的Moler教授在讲授线性代数课程时，发现了用其他高级语言编程极为不便，便构思并开发了MATLAB(MAT
12、rix LABoratory,即矩阵实验室)，这一软件利用了他研制的、在国际上颇有影响的EISPACK（基于特征值计算的软件包）和LINPACK（线性代数软件包）两大软件包中可靠的子程序，用Fortran语言编写了集命令翻译、科学计算与一身的一套交互式软件系统。锅炉汽包水位的控制系统汽包水位是锅炉运行的重要指标19。锅炉汽包水位控制的任务是使给水量跟踪锅炉的蒸发量，并保持水位在一定范围内。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉运行的重要条件，也是锅炉正常运行的主要指标之一。水位的过高、过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不利的影响。首先水位过高会影响汽包内的汽水分离，饱和水蒸汽将会带走过多水，导
13、致过热器管壁结垢并损坏。其次，水位过低，会因为汽包内的水量较少，而负荷很大，加快水的汽化速度，使汽包内的水量变化速度加快，若不及时加以控制，将使汽包内的水全部汽化，尤其对大中型锅炉，水在汽包内的停留时间极短，从而导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。所以，必须对汽包水位进行严格的控制。锅炉水位自动控制的任务就是控制给水流量，使其适应蒸发量的变化，维持汽包水位在允许的范围内。以汽包水位为被调量，以给水调节阀作为调节机构来改变调节量，即给水量，达到保持汽包水位在允许范围的目的。影响汽包水位有四个因素，除了给水量牙和输出蒸汽量，汽包压力和燃料的变化也会对汽包水位产生影响。此外决定汽包水位的还有汽包中(包括循
14、环水管)储水量的多少、水位下汽泡容积与锅炉的负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等都有关。在蒸汽发生过程中，汽包内部容积可以看成由蒸发面(即水面)上方的蒸汽体积咋、蒸发面下方的汽水混合体积，即汽包体积屹和汽包内水的体积三部分组成。由于燃料量对汽包水位的影响有较大的传输滞后和容量滞后，变化十分缓慢，可以忽略不计; 而蒸汽压力的变化往往是由于蒸汽负荷变化引起的，因此，压力的变化可以归并到蒸汽负荷中去。这样，压力的变化对汽包水位的影响也可以忽略10。总结本综述是针对锅炉汽包水位智能控制这一专题搜集了一些要用的文献资料，就国内外在该领域或专题的主要研究成果、最新进展、研究动态、前沿问题等进行综合分析而写成的、能
15、比较全面的反映相关领域或专题历史背景、前人工作、争论焦点、研究现状和发展前景等内容的综述性文章。参考文献1汤兵勇等.模糊控制理论及其应用技术M.北京：清华大学出版社，2002.2胡一倩等.模糊控制在锅炉热工控制中的应用简介和研究前景J.工业控制计算机，2002，15（4）：25-273杨献勇.热工过程自动控制M.北京：清华大学出版社，1999.4侯子良.锅炉汽包水位测量系统M.北京：中国电力出版社，2005.5张晓华.控制系统数字仿真与CADM.北京：机械工业出版社，2005.6薛定宇，陈阳泉.基于Matlab/Simulink的系统仿真技术与应用M.北京：清华大学出版社，2002.7孙秀权，唐健，于秀根等锅炉和T业炉窑实用计算机控制技术M北京：国防工业出版社，1993.8何平锅炉汽包液位的自动控J安庆师范学院学报2000，6(3)：71-78.9刘曙光，魏俊民，竺志超模糊控制技术M北京：中国纺织出版社，200159-102.10潘祥亮,罗利文.模糊PID控制在工业锅炉控制系统中的应用J.微计算机信息，2004，(7)：40-46.11L.A.Zadeh. Fuzzy Algorithms Information and ControlJ.1968，12：94-10212M.Sugeno,et. Fuzzy Control of Model CarJ.Fuzzy sets
