《锅炉汽包水位自适应模糊PID控制的研究》-公开DOC·毕业论文

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1、长江大学工程技术学院毕业设计(论文)题 目 名 称锅炉汽包水位自适应模糊PID控制的研究题 目 类 型毕业设计系 部信息系专 业 班 级自动化802班学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 时 间2011年11月至2012年5月长江大学工程技术学院毕业设计(论文)任务书系 信息 专业 自动化 班级 自动化802 学生姓名 指导教师/职称 周 /讲师 1. 毕业设计(论文)题目：锅炉汽包水位自适应模糊PID控制的研究2. 毕业设计(论文)起止时间： 2011年11月25日2012年 6月5 日3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分） 1）锅炉汽包水位、PID控制和自适应模

2、糊控制的有关资料； 2）有关控制系统在MATLAB中的仿真书籍。4毕业设计(论文)应完成的主要内容1）了解锅炉汽包水位的控制原理、对于虚假水位等相关的设计方法；2）熟悉PID控制及模糊控制的基本原理；3）熟悉MATLAB的仿真环境及利用MATLAB软件对控制系统进行设计与仿真；4）搜集锅炉汽包水位控制系统和模糊控制的有关设计资料，进行分析比较、制定设计方案。5毕业设计(论文)的目标及具体要求1）设计一个模糊PID控制系统，实现在三冲量锅炉汽包水位系统中的应用。完成方案设计，参数计算，控制原理框图设计及仿真模块设计。 具体要求：1）制定适应的自适应模糊控制的锅炉汽包水位系统仿真结构图；2）选择适

3、当的模糊PID控制算法，并分析其优缺点；3）对系统三冲量分别采用传统PID控制和模糊PID控制进行仿真，并分析比较结果。6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求1）配置微机一台,或者安排上机机时300学时。2）MATLAB 7.0版本的仿真软件。任务书批准日期 年 月 日 系主任（责任教授）(签字) 任务书下达日期 年 月 日 指导教师(签字) 完成任务日期 年 月 日 学生（签名） 长江大学工程技术学院毕业设计（论文）开题报告题 目 名 称锅炉汽包水位自适应模糊PID控制的研究题 目 类 型毕业设计系 部信息系专 业 班 级自动化 班学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师开题

4、报告时间2011年11月17日锅炉汽包水位自适应模糊PID控制的研究 一、题目来源本题目来源于生产实际。二、研究目的和意义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的特点还是非常有必要的。锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备为确保安全稳定生产对锅炉的自动控制十分重要其中汽包水位是一个非常重要的被控变量由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型具有非线性不稳定性时滞等特点传统的锅炉水位三冲量控制系统大都采用PID 控制其控制效果还可以进一步提高，而模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型只需要操作人员的经验知识及操作数据鲁棒性强非常适合用于非线性滞后系统的控制但其静

5、态性能不能令满意限制了它的应用为消除模糊控制的稳态误差采用PID控制是常用的一种方式。采用传统的控制方法对锅炉实施控制时存在以下一些难以克服的困难（1）系统存在严重耦合。例如：燃料量的变化(扰动)使蒸汽流量产生扰动，而蒸汽流量的改变势必导致给水流量的改变。（2）由于煤种及煤质的变化和蒸汽需求量的不断变化给系统带来了不确定性。（3）由给煤量的变化到主汽压的变化回路存在时问滞后，包括测量滞后、过程延迟和传输时滞等。（4）由于发电厂的发电设备高压性能而导致在测量信号中存在大量噪声。（5）锅炉运行参数的设定值需要经常变化以使锅炉能够在优化状态下运行。电厂锅炉是个具有高度耦合的多变量输入输出非线性热工系

6、统，其动态特性随着运行工况的变化而大范围变化，而且各环节的动态特性差异很大，并伴有噪声、负荷干扰及时滞等。根据前面的论述可以知道，由于锅炉自身的复杂性，其精确的数学模型很难建立，所以只能用一系列能量与物质平衡的方程式描述为分布参数系。三、阅读的主要参考文献及资料名称1 王骥程.化工过程控制工程，化学工业出版社，1982.62 王桂增.高等过程控制M，清华大学出版社，20023 俞海滨，诸健.CFB锅炉汽包水位的专家PID控制，机电工程，20004 祝和云模型预测控制及其应用研究D 杭州：浙江大学，2002 5 孙优贤，孙红.锅炉设备自动调节，北京：化工出版社，19826 张亮明，夏桂娟.工业锅

7、炉热工检测与过程控制，天津大学出版社，19927 李遵基.热工自动控制系统，中国电力出版社，1997，108 朱章.过程控制系统及设计M，北京：机械工业出版社，1996 9 高东杰.应用先进控制技术，北京：国防工业出版社，2003，110 杨妤清.智能控制工程，上海：上海交通大学出版社，2001，111 刘巨良.过程控制仪表，北京 化工工业出版社，199812 王桂增.高等过程控制M 清华大学出版社，200213 于长官.现代控制理论M 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997四、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向未来工业锅炉产品市场发展除了受我国国民经济的发展速度和投资规模等因素影响外，越来

8、越受到能源政策和节能、环保要求的制约。随着高性能产品的普及和产品质量的提高，在2000年2010年每年将有约5万蒸吨的工业锅炉需要更新。2010年后，每年将有约7万蒸吨的工业锅炉需要更新，再加上新增装机，从需求上讲，到2010年每年工业锅炉需求量约为1012万蒸吨。今后大中城市的小容量燃煤锅炉的比重将会显著下降，循环硫化床锅炉等采用清洁燃烧技术的锅炉将得到较快的发展，燃气锅炉将会有长足的进步，燃用生活垃圾和生物质的锅炉市场潜力较大，蓄热式电热锅炉系统随着电力工业改革和发展其市场将进一步拓宽7。因此采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是工业锅炉产品发展的趋势，并向高端和高附加

9、值的产品市场发展。众所周知，锅炉给水流量和蒸汽流量都存在测量误差，更甚者是汽包里汽水混合物进行两相流动和各种机械振动造成汽包水位剧烈的振荡和波动8。然而，目前很多汽包水位控制策略仅考虑到了给水流量和蒸汽流量测量误差的补目前对于汽包水位控制有经典控制策略和先进控制策略两种：经典汽包水位控制策略包括单冲量、双冲量和三冲量控制，由于单冲量、双冲量及单级三冲量控制策略比较简单，并且难以适应现代各种复杂锅炉的控制要求，目前各种锅炉汽包水位控制绝大多数采用三冲量水位控制策略。智能控制策略的发展包括一下几种：1预测函数控制预测函数控制由Richalet和Kuntze等人提出，并成功地应用于工业机器人的快速高

10、精度控制。PFC把控制结构的输入作为关键，可以克服其他模型预测控制可能出现规律不明的控制输入问题，同时具有良好的跟踪能力、较强的鲁棒性，抑制干扰能力好。PFC应用到锅炉汽包水位控制系统，并考虑负荷变化对汽包水位的影响，将蒸汽流量信号引入到PFC的预测模型中，用具有对负荷变化前馈补偿的汽包水位系统预测函数控制策略。2神经元网络优化控制神经网络具有学习功能，它能够适应环境的变化，自动修改网络参数，因此为解决复杂过程的自动控制提供了一条有效的途径。神经元网络优化控制法l_7 将模型辨识、预测及最优控制与神经网络相结合，由神经元网络模型预估器辨识系统模型实时为控制器提供参考输入；由最优控制器对数据进行

11、处理、决策，选定最优的控制量，达到最佳的控制效果。3模糊控制在锅炉汽包水位控制中，模糊控制是主要控制策略之一，模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量及模糊逻辑理论为基础的一类计算机数字控制方法。工业锅炉汽包水位模糊控制系统通常是由汽包、水位变送器、模糊控制器(一般由微机组成)和进水调节阀等部件组成，当汽包水位连续变化时，水位变送器信号也不断改变，由此测定值和水位给定值进行比较，得出其误差量。经采样和AD转换，送入模糊控制器，模糊控制器的输出控制量经DA转换，与信号功率放大器控制给水阀门，从而改变进水量，保持水位在允许范围内波动。4模糊神经网络(FNN)实际上模糊控制器是一种“语言控制”，它通过模

12、拟人类智慧进行判断和决策，能较好的处理模糊信息。但是，模糊控制不具备学习功能，而人工神经网络(NN)恰恰相反，它具有较强的学习、联想、识别等功能，但只能处理数值型数据，不能处理和描述模糊信息。那么，使二者结合起来，使模糊控制具备学习功能，使神经网络具备处理模糊信息功能，进行判断和决策，从而得到一种既具有学习、联想、自适应性，又能进行模糊思维的新型结构，这就是模糊神经网络控制(FNN)的基本出发点。直接将一个神经网络作为一个模糊控制器，用一些已获得的、能近似反。汽包水位FNN模型控制系统框图如图1O所示。本论文研究的主攻方向主要为智能控制策略的三冲量水位控制系统：（1）克服虚假水位（2）控制水位

13、平稳（3）提高抗干扰能力（4）锅炉汽包水位控制应朝着自适应，自预测，自组织的的方向发展（5）水流量测量误差、蒸汽流量测量误差和水位波动及振动，必须提供平稳五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1主要研究内容了解锅炉水位控制系统的控制原理及相关的设计方法；结合前人所给出的相关改进方案，综合自己的分析与研究得出系统原理图的分析与设计；验证所提出改进方案的可行性，与前人给出的方案进行比较，建立系统设计模型。2需重点研究的关键问题及解决思路控制系统模型的建立：将常规PID控制改进为带自适应的PID控制，使控制系统的精度和稳定性有比较好的效果。六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工

14、具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法本论文主要通过Matlab7.0软件对直流调速系统进行仿真调试，理论上最终实现了对调速系统的控制。完成本毕业设计所需条件：计算机，辅助软件Matlab7.0软件，图书馆查阅相关资料以及上网查阅相关资料，与指导老师交流设计心得。七、工作的主要阶段、进度与时间安排完成毕业论文分为以下六个阶段：三月中旬查阅相关资料、外文阅读与翻译，并完成开题报告。三月下旬搜集调速方案，弄清各个控制方案的原理。四月中旬完成设计思路并改进其中的不足。四月下旬对各个设计方案按照方框图进行仿真、调试。五月中、下旬 撰写毕业设计，由指导老师审查并改正相关问题。六月中旬毕业设计答辩。八、指导老师审查意见长江大学工程技术学院毕业设计(论文)指导教师审查意见学生姓名陈金龙专业班级自动化802班毕业设计(论文)题目锅炉汽包水位自适应模糊PID控制的研究指导教师职 称审查日期审查参考内容：毕业设计(论文)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学