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1、摘 要电厂实现热力过程自动化，能使机组安全、可靠、经济地运行。锅炉是火力发电厂最重要的生产设备，过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度控制是锅炉控制系统中的重要环节。在实现过程控制中，由于电站锅炉系统的被控对象具有大延迟，大滞后、非线性、时变、多变量耦合的复杂特性，无法建立准确的数学模型，对这类系统采用常规PID控制难以获得令人满意的控制效果。在这种情况下，先进的现代控制理论和控制方法已经越来越多地应用在锅炉汽温控制系统。本文以某电厂锅炉汽温系统为研究对象，对其进行了计算机控制系统的改造。考虑到锅炉汽温系统的被控对象特点，本文分别采用了常规PID控制器和模糊-PID控制器，对两
2、种控制系统对比研究，同时进一步分析了一般模糊-PID控制器的控制特点，在此基础之上给出了一种改进算法，通过在线调整参数，实现模糊-自调整比例常数PID控制。在此算法中，比例常数随着偏差大小而变化，有效地解决了在小偏差范围内，一般的模糊-PID控制器无法实现的静态无偏差的问题，提高了蒸汽温度控制系统的控制精度。在建立锅炉汽温系统的数学模型的基础上，在两种控制系统中，分别应用SIMULINK仿真软件对其进行给定值扰动和减温水内扰的响应研究、分析对比，结果表明，模糊自调整比例常数PID控制在动态响应、上升时间、超调量、稳态精度、抗干扰、适应环境能力等诸多性能指标上优于常规PID控制器。该算法已成功应
3、用于该电厂锅炉改造，实际应用结果也表明该系统大大提高了锅炉蒸汽温度系统控制品质。本文的研究结果，在实际应用中证明可行，它对今后的类似工程实践具有很好的参考意义。关键词:锅炉 蒸汽温度 模糊控制 PID SIMULINK 仿真AbstractPower plants perform thermal process automation，which makes machine rim safely，steadily，economicallyBoilers are the most important production equipment in the power plantsThe overh
4、eating steam temperature is one of the important quality standardsThe overheating steam temperature control becomes a main link in the boiler control systemIn realizing process control，due to the controlled objeel of powerstation boiler system contmn the complex characteristics of long-delay, purela
5、g， non-linear, timing change and multivariables coupling，the accurate mathematical model cannot be madeTherefore routine PID control cannot obtain the satisfactory result for such systemIn this case，more and more advanced modem control theories and methods are applying to the boiler steam temperatur
6、e control systemThe paper deals with the upgrade of boiler steam temperature control system for one power plant，in ShenyangConsidering the characteristics of the controlled object in the system，we adapt routine PID controller and Fuzzy PID controller in this paper, studying the two kinds of controll
7、ing systems comparably, further analyzing the characteristics of common Fuzzy PID，on the basis of that，a improved algorithm is givenBy adjusting parameter on line，the Fuzzy self-adjustment proportional parameter PID control is realizedIn the algorithm，proportional parameter is changed with the setoi
8、f, which resolves the problem that the common FuzzyPID controller has no way to realize static nonsetoif, and raises the accuracy of steam temperature control systemOn the basis of constructing the boiler steam temperature systematic mathematical model，in the two kinds of controlling systems，the set
9、ting valuedisturbance and the response of water inside disturbance are studied，analyzed and contrasted by using SIMULlNK simulated softwareThe result have demonstrated that self-adjustment proportional parameter PID is superior to the routine PID controller in many aspects of dynamic response，rising
10、 time，over value，steady state accuracy, antidisturbance，environmental adaptive capability and SO onThe algorithm has been successfully used in the steam boiler update of the power plant，the result in the practice has demonstrated the system has improved the control quality of steam temperature syste
11、mThe research result of the paper has concluded that the mathod is feasible in the practice，which provides softie referring value for the Nmilar project in practice in the futureKeyword: Boiler, Steam Temperature， Fuzzy Control， PID， SIMULINK，Simulation目 录摘要Abstract第一章 绪论11 电厂热力过程自动化研究的背景、目的及意义111 电
12、厂热力过程自动化研究的背景112 电厂热力过程自动化研究的目的113 电厂热力过程自动化研究的意义12 电厂锅炉汽温控制系统任务的特点13 模糊控制技术的优点14 电厂自动控制系统的现状141 电厂自动控制系统的发展概况142 电厂控制系统的基本组成143 电厂控制系统的体系结构15 本文所做的工作第二章 锅炉蒸汽温度自动控制系统的分析21 引言22 过热汽温控制的任务2.3 过热汽温控制对象的动态特性分析2.3.1 蒸汽流量(负荷)扰动下过热汽温对象的动态特性2.3.2 烟气热量扰动下过热汽温的动态特性233 减温水量扰动下的过热汽温动态特性24 串级过热汽温控制系统分析241 系统的结构和
13、工作原理242 串级过热汽温控制系统的整定25 导前汽温微分信号的双回路过热汽温控制系统分析251 系统的组成252 控制系统的分析第三章 模糊控制技术概述31 模糊数学的创立及发展32 模糊控制发展概况33 模糊控制系统的指标问题34 前景及研究动向35 模糊控制器设计的基本方法351 模糊集352 隶属函数353 模糊推理354 基本模糊控制器的设计36 模糊PID复合结构模糊控制器第四章 锅炉蒸汽温度自动控制系统的设计41 现场锅炉运行状况、存在问题42 蒸汽温度的导前微分控制及调节器参数整定421 蒸汽温度的导前微分控制系统结构422 按补偿法进行调节器参数整定43 蒸汽温度自动控制的
14、应用431 系统控制流程432 控制系统的应用44 本章小结第五章 模糊控制在锅炉汽温系统中的应用51 前言52 模糊控制器的设计521 控制器方案选择522 模糊自调整比例常数PID控制器结构53 模糊PID控制方法531 大偏差区域模糊算法及模糊控制器设计532 小偏差区域自调整比例常数PID算法及控制器设计54 蒸汽温度自动控制的仿真研究541 仿真与仿真软件简介542 模糊-PID控制与常规控制的仿真与性能分析543 蒸汽温度自动控制的仿真试验的结果与分析544 仿真调试总结55 结果分析56 本章小结第六章 结论参考文献致 谢第一章 绪论11电厂热力过程自动化研究的背景、目的及意义1
15、11电厂热力过程自动化研究的背景 模糊控制简介自从1965 年美国加州大学的教授创建模糊集理论和1974 年英国的 教授成功的将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机控制以来，模糊控制已逐渐得到了广泛的发展并在现实中得到成功的应用。一般而言，模糊控制器的设计一般大致可分为三部分，首先将精确的输入量模糊化，通过隶属函数的建立，完成精确的数学量到模糊的语言变量的的转换，隶属函数通常采用三角函数，正态分布函数等，以符合人的思维方式。第二部是进行模糊推理，由于推理规则库主要是按现场的操作经验与知识而建立的，因此模糊控制具有一定的模拟人的思维的特点。第三部是解模糊过程，将推理得到的模糊语言控制量转化为精确的数学变量，去驱动控制机械装置。与传统经典控制方法比起来，模糊控制的特点为：1)在设计控制系统时，可以不要求知道对象精确的数学模型，但要对受控对象的特性有充分了解，是以现场操作人员或专家的经验知识的总结和归纳而建立知识模型的。2)用语言变量代替
