锅炉汽包水位模糊控制系统的设计.docx

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锅炉汽包水位模糊控制系统的设计

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

汽包水位；三冲量；串级系统；PID控制；模糊控制

ADesignofFuzzyControlSystemtoThe

DrumLevelofBoiler

Abstract

Theself-adaptabilityfuzzyPIDcontrolwiththreeimpulsesforboilerwaterlevel

thesystemforboilerwaterlevelisatypicalcomplicatedthermaltechnicalsystem.At

present,thediversifiedstyleboilershaveseverallacksinchina.Due

toequipment’s

separated,nogoodofmanageandthecausationoftechnical,duetoabovecausation,

itisdifficultthatthemostboileringoodcondition,andincreasingthe

fuel’sconsume

anddepressingefficiencyoftheboiler.

Theproblemofmodelingandcontrolisanattentionfocusofpeople.Theboiler

waterleverisimportanceindexofindustryboilersafetyandstabilization.

Itis

importancemeaningtoensurewaterlevelindefiniterangeforincreasingqualityof

steamandreducingwastageofequipmentandinsuringsafetyofwholeheart-power-

net.Atpresent,themostlymethodisadopttheroutinePIDcontrol.Becauseofroutine

PIDcontrolparameterischangeless.Itisdifficultytoadaptthediversiondisturbsand

variationobjects.Themethodisnotsatisfyrequireandideality.

Thefuzzycontrolbasedonfoundationofmanpowerexperience,itissummarize

anddescribeofskillworker’spracticeexperience,anditisgiverexpressiontousing

vocabulary,itsgainedmathematicsmodelofnopreciseobject.Thefuzzycontrolis

facilitytobeacceptedandstructure.

Thisarticleanalysesdynamiccharacteristicofwaterlevelobjectandintroduces

traditionalcontrolmethod.Becausetherearethreeinputsaccedetoadopterofwater

levercontrolsystemofboiler,itiseasytobringerrorofwaterlevercontrolling.This

articleputsforwardtwomethodstodispelerrorofwaterlever:

（l）assistantsignalself-

disappear.

（2）Assistantsignalseachotherdispel.Accordingtothreeimpulsecontrol

waterlevererror,designingthreeimpulsePIDcascadeiscontrolsystem.

Accordingtoactualityofboilercontrol,puttingforwardfuzzycontrolruleof

parameterself-adaptability,designingTheSelf-AdaptabilityFuzzPIDControlSystem.

Thissystemgetsoverdisadvantageofnoprecisionanddefaultingtoadjustparameter

forusingtraditioncontrolmethods.ThisarticledesignscascadePIDcontrolsystem

andself-adaptabilityfuzzyPIDthreeimpulsecontrolsystemforcontrollingwater

level.Thesimulationresultsshowthatfuzzycontrollerisbetterthanthetraditional

PIDcontrollerinMATLABatadaptability,anti-jamming,etc.

Keywords

Waterlevel；Threeimpulse；Cascadesystem；PIDcontroller；Fuzzy

controller

目

录

摘要…….....................................................................................................I..........

Abstract II

第1章绪 论...........................................................................................1.........

1.1锅炉汽包水位...................................................................................1........

1.2锅炉汽包水位的系统结构.................................................................2......

1.3汽包水位调节对象的特性.................................................................3......

1.3.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性.....................................4...

1.3.2汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性.....................................6...

1.4本文研究目标...................................................................................8........

第2章锅炉水位PID控制系统设计..........................................................9.....

2.1PID控制原理....................................................................................9........

2.2PID对控制的影响...........................................................................1..0.....

2.2.1比例P调节..............................................................................1..0......

2.2.2积分I调节...............................................................................1..0.....

2.2.3微分D调节..............................................