火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真毕业设计论文.docx
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火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真毕业设计论文
毕业设计（论文）
题目：
火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：
所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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学位论文原创性声明
本人郑重声明：
所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
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年月日
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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
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日期：
年月日
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日期：
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注意事项
1.设计（论文）的内容包括：
1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）
2）原创性声明
3）中文摘要（300字左右）、关键词
4）外文摘要、关键词
5）目次页（附件不统一编入）
6）论文主体部分：
引言（或绪论）、正文、结论
7）参考文献
8）致谢
9）附录（对论文支持必要时）
2.论文字数要求：
理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。
3.附件包括：
任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。
4.文字、图表要求：
1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写
2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。
图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画
3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印
4）图表应绘制于无格子的页面上
5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档
5.装订顺序
1）设计（论文）
2）附件：
按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订
指导教师评阅书
指导教师评价：
一、撰写（设计）过程
1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神
□优□良□中□及格□不及格
2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度
□优□良□中□及格□不及格
3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力
□优□良□中□及格□不及格
4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性
□优□良□中□及格□不及格
5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
指导教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
评阅教师评阅书
评阅教师评价：
一、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
建议成绩：
□优□良□中□及格□不及格
（在所选等级前的□内画“√”）
评阅教师：
（签名）单位：
（盖章）
年月日
教研室（或答辩小组）及教学系意见
教研室（或答辩小组）评价：
一、答辩过程
1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况
□优□良□中□及格□不及格
2、对答辩问题的反应、理解、表达情况
□优□良□中□及格□不及格
3、学生答辩过程中的精神状态
□优□良□中□及格□不及格
二、论文（设计）质量
1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？
□优□良□中□及格□不及格
2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？
□优□良□中□及格□不及格
三、论文（设计）水平
1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义
□优□良□中□及格□不及格
2、论文的观念是否有新意？
设计是否有创意？
□优□良□中□及格□不及格
3、论文（设计说明书）所体现的整体水平
□优□良□中□及格□不及格
评定成绩：
□优□良□中□及格□不及格
教研室主任（或答辩小组组长）：
（签名）
年月日
教学系意见：
系主任：
（签名）
年月日
摘要III
火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真
摘要
由于近年来科学技术的迅猛发展，火电厂锅炉汽包水位的PID控制系统以及满足不了当前的生产需要，所以研究新的控制系统已是迫在眉睫。
本文主要介绍了智能控制原理和其对火电站锅炉汽包水位智能控制进行分析仿真。
并且侧重说明了模糊控制技术在火电厂锅炉汽包液位智能控制系统中的应用,介绍了模糊控制器以及控制器的设计过程，通过计算机设计与仿真的实现预期目标。
利用MATLAB软件里面的模糊控制工具箱和SIMULINK仿真工具来进行仿真实验，由此来说明理论的成立，本设计的控制器具备模糊控制器优良的动态性能，而且能够有效地避免模糊控制器的静态性能差的缺点。
为汽包水位控制系统提供一种有效的控制方法，其具有结构相对简单，参数可调整方便，便捷快捷的特点而被广泛应用。
关键词:
锅炉汽包水位测量；PID控制；模糊控制
Simulation ofintelligentcontrolonboilerdrumwaterlevelmeasurement
Abstract
Asinrecentyearstherapiddevelopmentofscienceandtechnology,thermalpowerplantboilerdrumlevelPIDcontrolsystemandcannotsatisfytheproductionneed.Therefore,thestudyofthenewcontrolsystemisimminent.
Thispapermainlyintroducestheprincipleofintelligentcontrolandtheintelligentcontrolofboilerdrumlevelinpowerstation..Andemphasizedthefuzzycontroltechnologyinthermalpowerplantboilerdrumwaterlevelintelligentcontrolsystemintheapplication,thefuzzycontrollerandthedesignprocessofthecontrollerareintroduced.Throughthecomputerdesignandsimulationtoachievetheexpectedgoal.
UsingmatlabfuzzycontroltoolboxandSimulinksimulationtoolswereusedinthesimulationexperiment,thustoillustratethetheoryestablished,thedesignofthecontrollerwithfuzzycontrollerhasexcellentdynamicperformance,andcaneffectivelyavoidtheshortcomingsoffuzzycontrollerofstaticperformanceispoor.Itcanprovideaneffectivecontrolmethodforthedrumwaterlevelcontrolsystem,whichhastheadvantagesofrelativelysimplestructure,easyadjustmentandconvenient,andiswidelyusedinthecharacteristicsofthedrumlevelcontrolsystem.
Keywords:
boilerdrumwaterlevelmeasurement；PIDcontrol；fuzzycontrol
第1章绪论
1.1智能控制的提出
传统的控制方法有两种，其分别是现代控制方法以及经典控制方法，这两种控制方法都是取决于被控对象精确模型的控制方法，其缺点也是显而易见的，主要是缺少应变能力以及灵活性，这样的控制方法对于解决线性时不变性这一类相对简单的控制方式的问题比较好。
以前的智能控制指的是某一种控制方式，或者说是某一种控制系统，假设它能够实现被控制对象，或者过程和环境具有的比较高的复杂性以及不定性，而且可以实现控制目的的控制方式，那么我们就称上述的这种控制方式为智能控制方式，其控制系统也就称为智能控制系统。
在实际的生产作业中，大多数情况下，人们通过学习控制理论，并且通过实践学习经验，然后把理论与经验相结合，以便去解决复杂控制问题，智能控制便由此产生。
相比较而言，智能控制灵活地结合人工智能技术和控制理论，而其他控制方法，比较适用于被控制对象的不确定性和复杂性。
1.2智能控制的内容
（1）模糊控制
（2）遗传算法
（3）神经网络控制
1.3智能控制的发展
至今为止，自动化控制方面主要研究的是智能控制，其作用就是为了解决传统控制不好解决的疑难杂症。
从上世纪60年到现在，由于太空技术的发展需要，机器人技术的发展需要，智能化技术的发展需要，各国科学家便开始研究在自我组织、自我学习控制的基础上，来提高控制系统的自我学能力，以便于技术创新，满足在原本的技术基础上加人新的控制技术，尤其是人工智能技术。
最近几年，智能控制有了突飞猛进的发展，主要是因为各国科学家在进化论学说、神经网络学说、专家系统学说、模糊化数学等多门学科方面做出了巨大贡献，各种智能控制方法也由此产生。
1.4智能控制的优越性
（1）学习功能：
智能系统不断学习新的知识，并且不断的累积，以到达改善控制系统的控制能力。
并且这个过程是不断的进行下去的。
正所谓学无止境。
（2）适应功能：
上述系统根据环境的变化，从而做出的自我保护、自我适应的过程。
（3）自组织功能：
智能控制系统在处理复杂的问题时，自发的组织起来，以达到协调，使任务不发生冲突。
（4）优化能力：
上述控制系统通过不断寻找控制器，不断优化控制器参数，从而达到最佳结构形式，以提高智能控制的性能。
1.5智能控制的应用
目前，智能控制处于快速发展中，经过各国科学家的不懈努力，用传统控制方法难以解决的疑难杂症主要由智能控制来解决。
（1）在机器人控制中的应用：
目前在机器人研究方面，智能机器人是各国科学家研究的重点课题。
目前为止，在工业领域里用的大多数机器人，还并不具备智能的功能。
由于控制技术日夜的迅猛发展，人们需要各种各样的机器人来代替人们工作，所以也就需要有着各种各样不同智能程度的机器人来帮助人们完成工作。
（2）在过程控制中的应用：
过程控制是自动化技术的重要的组成部分。
并且在过程控制领域里智能控制有着非常广泛的应用。
1.6本章小结
本章内容主要是介绍智能控制的一些基本的知识概念，使读者能够对智能控制有所了解，其中主要内容介绍了智能控制的几个优点。
这样也为下面的智能控制的讲解做好铺垫。
智能控制的三个重要分支同样也是本章讲解的重中之重，而模糊控制却是是本文要重点介绍的内容，其他方面还需要介绍神经网络控制和遗传算法。
现如今的科学性技术越来越先进越来越层出不穷，所以现在单单的PID控制已经不能满足人们的需要，所以需要我们来设计出一种更加实用的的方法，因此我们用到了智能控制技术。
智能控制能够运用到的领域是非常广泛的，所产生的技术效果也会有所不同。
但是并不是说所有的智能控制产生的效果都会比传统的PID控制要好，从总的方面来说，是智能控制技术和传统的PID控制是各有所长的，需要时我们可以相互弥补。
第2章锅炉水位系统
2.1锅炉概述
锅炉是一种能量转换设备，可以承受一定工作压力。
人们通常会根据在生产生活中锅炉的不同用途，将锅炉分类，一般情况下分为:
工业用锅炉、生活用锅炉、电站用锅炉等。
锅炉的主要系统里面有送引风系统、燃料燃烧系统、汽水系统以及辅助系统等四个分系统组成。
2.2锅炉控制系统
锅炉现如今是火电厂生产作业中最重要的组成部分。
锅炉的种类繁多，人们按锅炉燃烧燃料的不同将其分类，现如今工厂用的最多的有燃烧燃煤、燃烧燃油和燃烧燃气的锅炉。
现在大部分的锅炉仍然处于人工控制的状态下运作。
因为是人工控制锅炉，所以大大加大了操作工人的劳动强度，然而操作工人个人对工作的责任心与技术水平会影响到燃料的消耗量与蒸汽生产量的比值，因此便会增加燃料的消耗量，从而降低了锅炉的热效率，使得环境污染加重。
从上个世纪70年代爆发的世界能源危机到现在，人们对能源问题格外重视，从而导致各种节能技术的迅猛发展。
所以提高锅炉的热效率、节能减排便成为世界各国科技人员的一个十分重要的研究课题。
目前我国的控制界的科技人员，在锅炉的微机控制方面做了许多相关的研究，并且取得了很多可喜可贺的研究成果。
因为锅炉在微机控制取代了人工控制后，可以处于一个良好的工况环境下运作，所以锅炉的热效率、蒸汽生产量和品质都有很大的提高，从而使二次工业生产的产品质量、数量和安全性都得到显著的提高，其产生的经济效益也是非常诱人的。
所以各国的技术工作者们目前正在着重于锅炉的微机控制改造任务中。
2.2.1锅炉控制系统的任务
因为生产生活的需求，人们需要通过锅炉汽包产生的蒸汽来提供动力，于此同时为确保安全生产，人们对锅炉的控制也有着额外的要求。
锅炉控制系统的任务有：
（1）确保锅炉中供应蒸汽量为给定负荷，同时也要适应负荷的不断变化；
（2）控制锅炉供给负荷的蒸汽压力在安全生产指标内；
（3）控制过热蒸汽温度及汽包中的水位在安全生产指标内；
（4）控制炉膛负压在安全生产指标内。
2.2.2锅炉给水控制系统
锅炉-一个非常典型的热工复杂系统，人们一直关注其控制与建模问题，国际上始于上世纪七十年代。
工程实际中，为完成上述的调节任务，以下控制系统在锅炉设备中：
（1）控制锅炉汽包水位；
（2）控制锅炉燃烧系统；
（3）控制过热蒸汽系统；
（4）控制锅炉水处理过程。
对于蒸汽锅炉来说，其正常运作的一个重要标志就是其汽包的水位的高低，并且锅炉汽包水位也是一个非常重要的被调节参数。
为了保证锅炉的安全运作需要维持水位在一定的合理范围内。
2.3锅炉汽包水位调节系统
随着锅炉的出现，锅炉汽包水位的控制问题也随之出现，在很长的一段时间里其一直是多国科学家所积极研究的对象。
正因如此，控制领域才发展迅猛，锅炉汽包水位的自动控制以及智能控制方面都取得了重大突破。
通常有如下几种控制方案：
（1）控制系统单冲量；
（2）控制系统双冲量；
（3）控制系统三冲量。
水位控制系统一般情况下是由四个方面组成的，分别为调节器、执行器、调节阀和变送器。
测量部分得到的汽包水位的数值与一开始给定的数值通过调解器进行对比，当两者不相等的时候，则会产生偏差值。
而后调节器会接收到这样的偏差信号，随之按照确定的运算规律运算后输出控制信号，然后再输送给执行器，执行器再经过运转，随之调节阀的开度也得到了改变，从而使得供给汽包的水流量发生改变，从而使被控参数（汽包水位H）回到给定值上来。
2.3.1锅炉给水调节任务
锅炉给水自动调节也称作锅炉水位自动调节，其主要目的是：
目前大多数的火电厂是通过水位测量系统来监视和控制火电厂锅炉汽包水位的。
如果锅炉汽包水位超出了其正常运行的水位范围的时候，那么那时报警系统里的报警器就会发出报警信号，从而给人们报警，与此同时保护系统额将同时马上采取合理有效地保护措施，来保护火电厂锅炉以及汽轮机的安全运作。
所以也正因为如此，锅炉汽包水位的测量系统是确保机组安全运行的重要环节。
火力发电厂系统中一个极其重要的一个组成的部分是给水控制系统，这就造成了一种不管在什么情况下，给水控制系统都要不停的往锅炉中输入水。
在这其中，给水泵担任的角色是一个给水系统的心脏作用。
传统的小一点容量的机组在正常的情况下采用的是定速水泵再加上一个给水操作平台的工作方式，但是如果机组的容量变大的话，操作平台里面的调节阀承受的压力会随着机组容量的变大而将压力差变大，但是这样会造成一个节流损失的加重，这样安全性和经济性就不能得到了充分的保证。
正是因为上述的原因，所以现在很多的大容量或点击组就改变了给水方式，由以前的定速给水方式变成了现在的变速给水方式，正常情况下。
运行泵的作用是由汽动给水泵来担任的，与此同时也可以分情况使用，在有事故的时候或者在启动阶段的时候可以使用电动给水泵，但是在平时的时候就可以将它作为备用泵使用。
一个锅炉中，是由一系列的系统组成的，这些系统有燃烧系统，汽温控制系统还有给水控制系统和辅助控制系统。
这些系统是衡量一个锅炉是否正常运行的一个重要指标，锅炉能安全运行的重要标准是一定要将水位保持在一个指定的范围内，锅炉的安全运行时不能允许水位的幅度波动的，这样会给锅炉的运行带来不好的影响。
如果水位是过于高的话，这样汽包的水汽就会迅速分离，这样的后果就是水蒸气带水太多，会对锅炉的运行造成安全影响，可能导致重大事故的发生，过高时不好的，那么过低的话，就会因为汽包内的水量小，造成锅炉的负荷超载，这样会使水的气化速度变快。
所以我们可以知道，给水控制系统其实就是为了将汽包水位维持在一个特定的正常范围值内的。
给水控制对象的被控量是汽包水位H。
水位的变化水手很多的因素干扰的，有有锅炉给水量w、蒸发量D、汽包压力等。
2.3.2汽包水位的控制系统
锅炉汽包水位的三种控制系统:
（1）单冲量水位控制系统；
（2）双冲量水位控制系统；
（3）三冲量控制系统。
2.4本章小结
本章主要是对锅炉进行了介绍说明，着重介绍了锅炉控制系统的重要性，以及锅炉给水系统的调节也作出了简要的说明，且介绍了虚假水位会照成的不良后果。
因为锅炉汽包水位的控制是锅炉安全运转的重点，所以我们也介绍了汽包水位控制系统的组成部分。
其中在客服虚假水位方面三冲量是具有明显优势的，但是其也存在着系统太过于繁琐的特点。
虽说传统的PID控制系统在实践中的运用很多，但是他的不足也是众所周知的。
所以，下一章我们将会对模糊控制的概念进行介绍。
第3章模糊控制
3.1模糊控制的概念
在自然界中，万物的大脑中存在着很多对模糊的认识，如大、小、冷、热等，这些都是模糊概念，它们没有特定的定义，所以我们用模糊集合来表达这些物理量。
我们常常说的经验也都一种模糊条件语句的表达方式，看这样一个现象：
当拧开水阀往洗衣机里注水时，会得出这样的经验：
当洗衣机没有水或水较少时,应该开大水阀；当洗衣机水较多时，应将水阀关小一些；当洗衣机里水快要满时，则应把关闭或调小水阀。
这个经验中，较少、较多、小一些、等这些语句都是模糊性语句，我们不好用特定的数学数值来表达。
模糊控制运用计算机来模拟人的大脑思考方法，根据人们意愿所制定的操作规则进行控制。
传统数学中，对于一个元素
，它要么属于集合A，要么不属于集合A。
我们把这种现象用特征函数
来表达，函数
只取0和1两个元素，但是实际生活中有许多实物是不能用这种特征函数表示的。
数学家将特征函数
的范围进行了扩充，从而产生了模糊集合概念来描述模糊概念。
模糊算子是连接模糊集合的一种运算算子。
目前模糊控制采用最多的方法是模糊控制原理的创始人Zadeh所创立的最大最小算子。
假设A和B是论域X上的两个不同模糊集合。
按照Zadeh提出的定义有：
（1）模糊集合and运算
模糊集合A、B交集的隶属函数是集合A、B隶属函数的最小值：
（2）模糊集合or运算
模糊集合A、B并集的隶属函数是A、B隶属函数的最大值：
（3）模糊集合not运算
模糊集合A的补集的隶属函数为1减去A的隶属函数：
3.1.1模糊控制系统原理
模糊控制器作为反映输入语言变量和输出语言变量及语言控制规则的模糊定量关系算法的一种结构，其功能的实现要先把从计算机观测控制过程之中所得到的精确量转换成模糊输入信息，依据研究者事先制定好的语言控制法则进行模糊推理和模糊决策，以此来获取输出控制量的模糊集合，由模糊判决确定输出控制量的精确量，将精确量施加到被控对象上。
模糊控制器包含输入量模糊化接口、规则库、推理机、数据库和输出模糊判决接口。
在没有自动控制的时候，工业生产作业中，为了达到生产目的，人们对生产设备的控制也就只能采用手动控制。
手动控制的主要内容有：
先观生产设备的生产情况，然后人们的大脑根据眼睛看到的结果用手做出
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