基于MATLAB和OPC实现分数阶PID在锅炉汽包液位控制中的应用

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基于MATLAB的锅炉液位控制系统的设计与仿真

摘要近年来，在工业控制中，随着工业技术的不断改进和发展，锅炉液位的过程控制系统得到了广泛的应用，为了确保锅炉的控制系统的正常运行，控制系统中要求锅炉的液位往往需要维持在某一个设定值上或者只允许在某一个小范围内进行变化。

在工业生产中，为保证工业生产的安全进行，控制过程中需要确保锅炉中的液体不会产生溢出，人们对锅炉的控制系统的各项参数的要求愈来愈高。

而在实际的工业生产中，被控对象常常具有时延、非线性等特点，采用一般的控制方法将很难得到很好的控制效果。

所以，对时延、非线性对象的先进控制方法进行研究，优化工业生产系统的控制水平，具有很重要的意义。

锅炉液位的控制大多应用PID控制方法。

PID参数整定通常是在得到控制对象的数学模型后，根据相关的整定规则，进行在线调节。

本毕业设计中所提到的双容水箱液位控制系统是在国内外相关实验装置的基础上，通过考虑其性能指标，自行设计的模拟多种对象特性的实验设备。

双容水箱的结构虽然简单但在高水平、复杂的控制系统中，此类系统仍是大多数，是最基本的过程空竹系统。

复杂过程控制系统往往是建立在简单控制系统的基础上。

本设计应用所学的过程控制知识，采用MATLAB对锅炉水位控制系统进行仿真。

关键词：锅炉液位,MATLAB,PID控制,双容水箱AbstractIn recent years, in industrial control, with the constant improvement and d evelopment of industrial technology, the process of the boiler liquid level contr ol system has been widely used, in order to ensure the normal running of the boiler control system, control system of boiler liquid level, often need to maint ain on a certain value or is only allowed to change in a small scope.In industrial production, to ensure the safety of industrial production, the need to ensure that the boiler in the process of control the liquid does not produce overflow, the various parameters of the control system of boiler is hi gher and higher requirements.In the actual industrial production, the controlled often has the characteristics of time delay, nonlinear, using the general control method will be difficult to get good control effect.So for advanced control met hods of time delay, nonlinear object for research, optimizing the control level of industrial production system, has the very vital significance.Most of the boiler liquid level control using PID control method.PID parameters setting is usually after the mathematical model of controlled object, according to the related setting rules, which can adjust the online.As referred to in this graduation design is double let water tank liqui d level control system at home and abroad, on the basis of related experiment al apparatus, by considering the performance index, design simulation of a vari ety of experimental equipment of object properties.Double let water tank struct ure is simple but in high level, the control of complex systems, such a system is still the most, is the basic process of diabolo plex process contr ol system is often established on the basis of simple control system.Knowledge of process control, we have learned this design application of the boiler water level control system by MATLAB simulation.KEY WORDS: boiler liquid level, MATLAB, PID control, double let water ta nk第1章绪论1.1 设计背景工业生产生活中,锅炉是通用的热力设备，同时也是能源，电厂，化工等重工业生产运行中最为重要的动力设备。

基于OPC和MATLAB的锅炉汽包水位智能控制系统

基于OPC和MATLAB的锅炉汽包水位智能控制系统吴明永;王国伟【摘要】从WinCC组态软件和OPC技术为突破口,结合MATLAB强大的工程计算能力和西门子组态软件WinCC实时采集数据的特点,在OPC技术基础上实现MATLAB与WinCC的通讯集成,解决了不同监控系统间实时数据交换难题;仿真结果表明,作为客户端MATLAB与服务器端WinCC之间的通信接口,OPC较好地实现了锅炉汽包水位模糊自适应PID智能控制算法的无缝传输和实验测试,较好地满足了锅炉过程控制领域对数据实时、高效的要求.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2010(018)010【总页数】3页(P2296-2298)【关键词】OPC技术;MATLAB;WinCC;实时数据交换;模糊自适应PID【作者】吴明永;王国伟【作者单位】兰州城市学院,培黎石油工程学院,甘肃,兰州,730070;兰州城市学院,培黎石油工程学院,甘肃,兰州,730070【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言在工业锅炉控制系统的设计中,如何有效地实现智能控制算法,一直是工业锅炉自动化控制领域普遍关心的问题。

WinCC是在生产过程和过程自动化中解决可视化和控制任务的人机接口(HMI)软件,可以开发在管理级别上的监控和数据采集系统。

它具有高度的实用性,组态灵活,可生成复杂友好的交互式图形界面[1]。

但是它的数据处理能力较弱,不易实现复杂控制算法。

而MAT LAB是一种用于数学分析和工程运算的专业软件,提供了强大的数据处理能力和开放的应用程序接口,拥有丰富的控制算法工具箱,可以完成动态复杂控制系统的建模与仿真,但它不能与现场工控设备直接数据通信,无法进行实时操作和控制,对算法的有效验证存在不足。

OPC是一套以微软Windows操作平台中的OLE、COM/DCOM技术为基础,实现了不同现场设备和应用程序之间的软件接口标准,采用了Client/Server模型,为工业应用程序间提供高效的信息集成、交互功能的组件对象模型标准接口。

基于OPC和MATLAB的模糊PID在DCS中的应用

基于OPC和MATLAB的模糊PID在DCS中的应用
吴杰;汤伟
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2010(018)010
【摘要】随着工业过程控制要求的提高以及先进智能控制算法的不断涌现,智能控制算法取代传统的PID算法成为工业过程控制的发展趋势;鉴于MATLAB的科学工程计算软件包进行复杂运算的效率很高可以很容易地实现复杂控制算法.再通过OPC技术,既能解决了当前DCS和组态软件用自身的编程语言难以实现智能控制的困难,又扩展了组态软件的功能,有利于基于复杂算法的故障诊断和过程控制的设计与实现;针对上述问题提出了在MATLAB中设计了模糊自适应PID并在工业控制中进行了应用,取得了比普通PID控制更好的效果.
【总页数】3页(P2275-2277)
【作者】吴杰;汤伟
【作者单位】陕西科技大学,电气与信息工程学院,陕西,西安,710021;陕西科技大学,电气与信息工程学院,陕西,西安,710021
【正文语种】中文
【中图分类】TP391
【相关文献】
1.基于 OPC的 Matlab与 S7－200 PLC实时通信在过程控制实验装置中应用 [J], 陈宏希;邹益民
2.基于组态王和MATLAB的模糊PID控制住储健过程控制中的应用 [J], 储健;潘艳梅
3.基于MATLAB和OPC实现分数阶PID在锅炉汽包液位控制中的应用 [J], 郝军;强军梅
4.基于OPC的MATLAB与MCGS实时通信在过程控制实验装置中的应用 [J], 顾海珍;邹益民
5.基于OPC的MATLAB与组态王实时通讯在过程控制实验装置中应用 [J], 邹益民
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MATLAB软件在锅炉水位模糊控制系统中的应用

文章编号:1001-439X(2000)06-0012-03MATLAB软件在锅炉水位模糊控制系统中的应用陈新华(山东科技大学,山东泰安 271019)中图分类号:TP31;TK223.7 文献标识码:B摘要:利用模糊控制理论设计锅炉水位控制系统,并应用MAT LAB软件对该模糊控制系统进行验证和仿真,以实现对锅炉水位的最佳实时控制。

主题词:锅炉;水位;模糊控制器;仿真;MATLABApplication of M ATLAB Softw are in the Fuzzy Control System for Water Level in BoilerCHEN Xinhua(Shangdong Science and Technology University,Tai an271019,China)Abstract:The control system for water level in boiler is designed by fuzzy control ing MATLAB softw are to prove and simulate the fuzzy control system,and in order to realize the best real time control for w a-ter level in boiler.Key words:boiler,w ater level,fuzzy controller,simulation,MATLAB1 引言无论在工厂、矿山,还是在人们的日常生活中,锅炉都是很重要的。

它的蒸汽、压力、温度等量是非常重要的控制量,而这些量的控制都与锅炉的水位有着密切的联系。

锅炉给水调节的任务是维持锅炉水位在允许范围之内,以保证锅炉的给水量适应于锅炉的蒸发量,这是锅炉安全运行的首要和重要的条件。

水位过高,会影响锅炉蒸汽的正常工作,严重时会导致蒸汽带水增加,不仅容易使锅炉过热器结垢,造成事故,而且还会使过热气温产生急剧变化,直接对锅炉运行的经济性和安全性产生影响。

MATLAB技术在锅炉汽包三冲量调节系统中的应用

MATLAB技术在锅炉汽包三冲量调节系统中的应用摘要：在现代火力发电领域中，蒸汽锅炉扮演着十分重要的角色。

锅炉控制领域中，用PI-PID串级控制器实现对蒸汽锅炉给水系统的控制可以提高效率从而达到节能减排的目的。

在这个过程当中，三冲量调节系统可以很好的控制锅炉汽包水位，使蒸汽锅炉汽包水位在给水流量、蒸汽流量、给定水位信号的作用下响应的快速性、稳定性、动态性能好。

本设计采用经验法选用合适的参数并经过处理，通过MATLAB软件编程得到其仿真图像，经过计算和分析之后确定出合适的整定参数以实现满意的效果。

关键词：三冲量；PI-PID串级控制；MATLAB仿真；参数整定；节能减排1火力发电与蒸汽锅炉及其三冲量原理蒸汽锅炉是由“锅”和“炉”两部分组成的。

锅就是蒸汽锅炉的汽水系统，如图1所示。

由汽包、下降管、过热器、上升管、给水调节阀、给水母管、蒸汽母管、蒸汽阀门及PID控制器等组成。

蒸汽锅炉的给水用给水泵打入省煤器，在省煤器中，水吸收烟气的热量，使温度升到本身压力下的沸点，成为饱和水然后引入汽包。

【1】汽包中的水经下降管进入锅炉底部的下联箱，随即又回入汽包。

水在水冷壁管中吸收炉内火焰直接辐射的热，在温度不变的情况下，一部分蒸发成蒸汽，成为汽水混合物。

汽水混合物在汽包中分离成水和汽，水和给水一起再进入下降管参加循环，汽则由汽包顶部的管子引往过热器，蒸汽在过热器中吸热，升温达到规定温度，成为合格蒸汽送入蒸汽母管。

图1 蒸汽锅炉汽包液位三冲量控制系统图根据上图我查了下资料找了下关于此图的传递函数，【2】其内容为下：图中给水量W与锅炉汽包水位H的传递函数为：(1)蒸汽流量D与锅炉汽包水位H的传递函数为：(2)给水流量变送器传递函数：(3)汽包水位变送器传递函数为：(4)动态前馈补偿传递函数为：(5)根据以上的函数我将这些函数根据其内容化成原理图【2】如下所示：图2 锅炉汽包液位三冲量控制系统框图三冲量即图中L为汽包液位，Fw为给水流量，Fs为蒸汽流量。

先进PID在火电厂锅炉汽包水位控制中的应用论文

毕业设计说明书(论文)作者：学号：学院：班级：专业：□∨自动化□测控技术与仪器所在系：□∨控制科学与工程□仪器科学与技术题目：先进PID在火电厂锅炉汽包水位控制中的应用指导者：签字：(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)年月吉林摘要摘要锅炉作为火力发电厂的三大主机中最基本的能量转换设备,它的控制水平直接关系到电厂的安全、经济运行.汽包水位是锅炉正常运行中的重要参数,同时,它还是衡量锅炉汽水系统物质是否平衡的标志,维持锅炉汽包水位在规定的范围内,是保证锅炉安全运行的必要条件,也是锅炉正常运行的主要指标之一.如果汽包水位过高,会影响汽包的汽水分离装置的正常工作,导致锅炉出口蒸汽带水和含盐量过大,使过热器受热面结垢甚至遭到破坏,影响机组的正常运行和经济性指标;如果汽包水位过低,会使锅炉水循环工况破坏,造成水冷壁供水不足而被烧坏.所以研究锅炉汽包水位的控制有着重要的意义.目前锅炉汽包水位的控制大多采用常规PID 控制方式,由于其控制参数是固定不变的,不能进行在线调整,其控制效果往往难以满足要求.常规模糊控制也有应用,但存在静态误差大等缺陷.模糊自适应PID控制算法能在线整定、优化PID参数,理论上可以完全消除系统静态误差.将模糊自适应PID控制理论应用于带前馈的串级三冲量汽包水位控制系统中,不需要对系统模型进行较大的改动,就能够获得较好的控制效果.本文首先分析了影响汽包水位的各种干扰因素,并对汽包水位的动、静态特性进行分析.以MATLAB /SIMULINK为仿真平台,构建汽包水位三冲量控制系统,分别采用常规PID控制器、模糊PID控制器、模糊自适应PID控制器.通过比较仿真结果,发现使用先进PID控制算法能有效地加快响应速度、减小超调量、减少调节时间、提高克服扰动的能力.关键词：汽包水位;模糊控制;自适应;PID东北电力大学自动化工程学院学士学位论文ABSTRACTBoiler is the basic energy conversion device which is one of three important devices in coal-fired power plants that level of control is directly related to the safety, economic operation of power plants. Drum water level is an important parameter in the normal operation of the boiler, at the same time, It is also the sign of measuring whether the boiler system material balance, maintaining of the boiler drum water level within the specified range is a necessary condition to ensure the safe operation of the boiler, but also one of the key indicators for normal operation of the boiler. If the water level affects the soft drum of the normal work of separation devices, which may result in the exported steam boiler with water and salt too, so due to overheating the surface would even get destroyed and affect the normal operation of facilities. If the drum water level is too low, it would damage the boiler water conditions and result in inadequate water supply and water-wall that is burned. So research of boiler drum water level control is of an important significance.At present, the boiler drum water level control of mostly conventional PID control method, because its control parameters are fixed and can not be adjusted online, and its control is often difficult to meet the requirements. Conventional fuzzy control can also be applied in, however there is a remarkable static error and so on. Fuzzy adaptive PID controlling method is with adaptive capability theoretically, completely eliminate the static error. Adaptive fuzzy PID control theory is applied to the design of control systems, without the need for a larger changing of system model, where we will be able to obtain better control effect.This article first analyzes the impact of the drum water level of the various interfering factors, and drum water level of the dynamic and static analysis features.Introduce cascade-three impulses drum level control and fuzzy PID drum level control,and finally using fuzzy adaptive PID control algorithm to control the boiler drum water level.Application of MATLAB / SIMULINK simulation, comparing the simulation images under the given value、feed water quantity disturbance、steam disturbance and under the conditions of different control objects. The simulation results show that fuzzy controller is better than the traditional PID controller in MATLAB at adapting ability and anti-jamming.Keywords: drum level; fuzzy control; adaptive; PID目录（空一行）目录（空一行）摘要 .................................................................................................................................... I ABSTRACT .......................................................................................................................... I I 主要符号表 . (IV)第1章绪论 (1)1.1 课题背景与意义 (1)1.1.1 ×××××× (8)1.2 ××××××× ................................................................................ 错误！未定义书签。

基于 OPC 技术的 PLC 和 MATLAB 的水箱液位控制系统

第24卷第12期2017年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONEIC Vol.242017 No.12基于OPC技术的PLC和MATLAB的水箱液位控制系统王美刚（山西大学自动化系，太原 030013）摘要：用PLC替换固高三容液位系统中的控制平台，搭建了基于OPC技术的PLC和MATLAB的水箱液位控制系统。

该方案可以用PLC直接控制液位；也可以把MATLAB作为客户端，PLC作为服务器，利用OPC技术完成两者间的实时数据交换，实现水箱液位控制。

结果表明OPC能够结合PLC实时控制的优点，将MATLAB用于实际过程控制。

关键词：OPC；PLC；MATLAB；液位中图分类号：TP273 文献标志码：AWater Tank Level Control System of MATLAB and PLC Based on OPCWang Meigang(Department of Automation, Shanxi University, Taiyuan, 030013, China)Abstract：The control platform of Googol three-tank level control system is replaced by PLC, and water tank water level control system of MATLAB and PLC based on OPC is built. In this scheme, the control can be implemented directly by plc, or can also be realized by regarding MATLAB as the client, PLC as the server, and using OPC technology to complete real-time data exchange between the two. The results show that the OPC can combine the advantages of PLC real-time control and apply MATLAB to actual process control.Key words：OPC；PLC；MATLAB；levelDOI:10.3969/j.issn.1671-1041.2017.12.003文章编号：1671-1041(2017)12-0009-030 引言PLC性能稳定、可靠性高、使用简单等优点使其在工业上得到广泛应用，但难以实现复杂算法。

基于MATLAB的锅炉水位控制系统设计和分析

摘要锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。

锅炉往往成了不少工厂不可或缺的一部分。

因而,对锅炉设备中的自动控制系统进行分析研究是必要的。

锅炉是工业生产过程中重要的动力设备。

锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中重要的环节，对锅炉生产操作如果不合理往往会引起事故。

这些事故中大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性；汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。

汽包水位的控制大多采用PID控制方式，PID控制器参数的整定是在获取对象数学模型的基础上，根据某一整定规则来确定的，能进行在线调整，以适应锅炉汽包水位这样一个复杂多变的控制系统。

本文应用控制技术，设计了一种三冲量PID控制器，对锅炉汽包水位进行控制,实现了锅炉汽包水位的自动调节.并利用 MATLAB对控制系统进行仿真；结果表明，PID控制技术响应速度快、精度高，同时对虚假水位有较好的控制效果.关键词：PID控制;MATLAB；仿真；锅炉汽包水位AbstractThe boiler is absolutely necessary significant power plant of industry productions process such as the chemical industry，heat edible oil,generation of electrical energy，p apermaking and refines sugar and so on 。

As a result,it is indispensable systematically to analyze research to the automatic control in the boiler installation.The boiler is the Power Plant that the whole factory，.Segment that the boiler wat er level control system is the most significant in the boiler.To boiler production operat ion，if unreasonable will often cause the accident. The majority of these accidents are boiler water monitor causing improper, obviously the importance of boiler drum water level control in the Boiler device control system.Drum water level is too high or too low，the consequences are very serious,so the water level must be tightly controlled.The traditional control mode of the drum water level mostly uses PID。

基于OPC和MATLAB的模煳PID在DCS中的应用

1 MATLAB 与 RSLinx 通过 OPC 通讯
OP C ( 用于过程控制的 OL E) 是一个工业标准 , 管理这个标准的国际组织是 O PC 基金会。 OP C 基于微软的 OL E ( 现在的 A ct iveX) 、 CO M ( 部件对象模型 ) 和 DCO M ( 分布式部件对象模型 ) 技术 , 包括一整套接口、属性和方法的标准集 , 用于过程控制和制造自动化系统。 A ctiveX/ COM 技术定义了各种不同的软件部件如何交互使用和分享数据。不论过程中采用什么软件和设备 , O PC 为多种多样的过程控制设备之间进行
Abstract: Wit h t he h igher requir ement s t o t he indus trial process con tr ol an d t he cont inuous em ergence of advanced int ell igent cont rol al gorit hm , t h e int ell igent con t rol al gorit hm t o replace t h e t raditi onal PID algorit hm become th e developm ent t ren d of in dust rial process cont rol. In view of t he s cien tif ic engineering comput ing package M A TL A B compl ex cal culat ions can easil y impl ement com plex cont rol al gorit hms, a dopt ion of O PC t echnology. Key words: Fuz zy- PID ; OPC; M A T LA B; RS linx; D CS

基于Matlab／Simulink的锅炉汽包水位控制建模仿真

基于Matlab／Simulink的锅炉汽包水位控制建模仿真金璐;陈勇【摘要】A new type of boiler dnnn water level fuzzy PID controller is designed in this paper, which analysed the mathematical model of the boiler drum water level control system, the constructure of the fuzzy PID controller and working principle and effect. The water level controlling of fuzzy PID controller and the common controller is simulated respectivelyby applying Matlab/simulink. The result shows that the fuzzy PID controller design is reason- able and controllable.%设计了一种新型的锅炉汽包水位模糊PID控制器，分析了锅炉汽包水位控制系统的数学模型和模糊PID控制器的结构、工作原理和作用，并运用Matlab／Simulink对模糊PID控制器和常规控制器分别在锅炉汽包水位控制中进行仿真．结果表明，模糊PID控制器设计合理，控制效果良好，具有更好的控制特性．【期刊名称】《淮阴师范学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(011)002【总页数】4页(P150-153)【关键词】Matlab;模糊PID;汽包水位【作者】金璐;陈勇【作者单位】南京师范大学电气与自动化工程学院,江苏南京210042;淮阴师范学院物理与电子电气工程学院,江苏淮安223300【正文语种】中文【中图分类】TP272锅炉是化工、石油、电力等工业部门的重要热源、能源动力设备[1],锅炉控制系统的水平已经成为衡量锅炉性能的一个重要因素．锅炉控制是一个比较复杂的控制过程,各个环节的工艺参数必须严格控制,而汽包水位控制系统是锅炉自动控制系统中最重要的环节,汽包水位是锅炉正常运行的重要参数,维持汽包水位在一定的范围内变化,是锅炉水位控制的重要任务之一．随着锅炉汽包水位的控制应用领域的不断扩大,要求控制系统设计简易、成本低廉、控制算法合理、开发周期短,建立锅炉汽包水位控制系统的仿真模型,可以充分利用计算机仿真的优越性,人为地改变系统的结构、加入不同的扰动和参数变化,以便考察系统在不同结构和不同工况下的动态特性[2]．本文在分析锅炉汽包水位控制数学模型的基础上,对通常的运动控制系统仿真模型进行了改进,并借助于Matlab/Simulink强大的仿真建模能力,建立了锅炉汽包水位控制系统的计算机仿真模型．锅炉汽包中储水量的变化是由汽包水位决定的[3],在水位下汽泡容积的变化过程趋于平衡时,水位的逐渐上升反映了汽包中储水量的增加,因为给水温度比汽包内饱和水的温度低,当给水流量增加后,原有饱和水中的部分热量就被吸收,所以水位下汽泡容积有所减少．锅炉的给水流量实际反映了给水控制系统的操纵变量,可以把汽包水位看作单容量无自衡过程．用传递函数G1表示锅炉汽包水位H与给水流量W之间关系,如果给水量为阶跃变化时,汽包水位在起始状态不会迅速增加,而是呈现出起始惯性段,此过程可近似于积分环节与时滞环节的串联系统特性,G1可表示为:式中,S为拉普拉斯算子,T1为时间常数,k1为给水单位流量改变时锅炉水位变化速度．用传递函数G2表示“虚假水位”时水位H与蒸汽流量D之间关系,所谓“虚假水位”,即蒸汽流量突然增加时,水位先上升,然后再下降,而不是当蒸汽流量D大于给水量W时,水位应下降,这是因为蒸汽用量增加,瞬间导致汽包压力下降的缘故．(反之,蒸汽流量突然减少时,则水位先下降,然后再上升),G2可表示为:式中,S为拉普拉斯算子,T2为时间常数,k2为放大系数,kf为蒸汽单位流量改变时水位变化速度．模糊PID参数自整定的设计思想是先找出PID三个参数与偏差e和偏差变化率ec 之间的模糊关系[4],为使被控对象具有良好的动、静态性能,在系统控制过程中,通过不断检测偏差e和偏差变化率ec,在线校正参数Kp、Ki和Kd,从而满足不同偏差e 和偏差变化率ec对控制器参数的不同要求．模糊PID控制器通过偏差e和偏差变化率ec作为输入,在线对PID参数进行校正,从而可以实现不同时刻偏差和偏差变化率对PID参数自整定的要求．2.1 模糊PID控制器的组成模糊PID锅炉汽包水位控制是运用模糊控制理论及传统PID控制理论来实现对锅炉汽包水位进行控制的装置[5],其基本组成如图1所示．图1中H0为汽包水位的给定值，H为汽包水位的实际值．汽包水位模糊控制器采用双入单出结构．两个输入变量分别为:水位的偏差e和水位偏差的变化量ec．输出控制量U控制汽包水位调节阀的开度．2.2 参数PID模糊控制规则模糊PID控制器输入变量为e(系统给定值H0与实际输出值H之间的偏差)和(偏差变化率),经模糊控制器后输出语言变量E,偏差变化率Ec,不断校正PID参数KP,Ki 和Kd．可以选取PB,PM,PS,ZO,NS,NM,NB作为偏差语言变量E,偏差e的离散论域为{-3,-2,-1,0,1,2,3},偏差E的隶属函数选用三角函数．选取PB,PM,PS,ZO,NS,NM,NB作为偏差变化率语言变量Ec,偏差变化率ec的离散论域为{-0.3,-0.2,-0.1,0,0.1,0.2,0.3},偏差变化率的隶属函数也选三角形函数．根据PID 控制的基本原理,比例系数KP的作用在于加快系统的响应速度,提高系统调节精度;积分系数Ki的作用在于消除系统的稳态误差;微分系数Kd的作用在于改善系统的动态特性．根据以上控制规则设计锅炉汽包水位控制回路的PID参数模糊控制规则表,如表1-表3所示．采用加权平均法进行反模糊化[4],将模糊推理结果转化为精确值．本文中通过模糊PID控制器,得到模糊控制量所对应的PID参数KP,Ki和Kd的控制增量ΔKP,ΔKi,ΔKd．最后,采用增量式的PID控制算法计算控制系统当前控制增量ΔUi,将ΔUi附加在前一时刻的控制量ΔUi-1上,即可得到当前时刻的输出控制量Ui．在Matlab/Simulink中根据上文PID参数模糊控制规则对锅炉水位控制系统进行了仿真,结果如图3所示,为了方便比较对常规PID控制系统也进行了仿真,仿真曲线如图2所示,比较结果表明模糊PID控制器的超调量较小,稳态误差较小,响应速度快．本文锅炉汽包水位控制采用模糊PID控制原理,在线地对三个参数进行了调整．模糊PID控制器采用二维输入量,即偏差e和偏差变化ec,从仿真结果看,具有较好的控制性能,既达到了较快的响应速度,又抑制了超调量,达到了优化PID控制器和模糊控制器的目的,为锅炉汽包水位控制系统的设计提供了一定的参考价值．【相关文献】[1] 马艳梅.基于DSP的锅炉汽包水位控制系统的控制策略的研究[D].安徽理工大学,2009.[2] 李中宁.基于MATLAB的锅炉水位模糊控制系统的设计和分析[D].长春理工大学, 2008.[3] 陈平,陈小云.基于MATLAB的锅炉水位控制系统的设计与仿真[J].机电技术，2006,29(1):4-5.[4] 刘静纨,魏东,戴正伟.基于模糊PID控制的VAV控制系统研究与实现[J]. 北京理工大学学报,2010,30(8):920-924.[5] 王卓,付冬梅,刘德军.锅炉汽包水位控制系统的研究[J].自动化仪表,2006,27(11):51-56.[6] 沈刚,丛大成,韩俊伟.模糊免疫PID控制在淀粉生产线中的应用[J].农业机械学报,2008,39(10):109-118.[7] 王万召,赵兴涛,宋艳萍.模糊RBF自整定PID控制器在过热汽温控制中应用[J]. 电力自动化设备,2007,27(11):48-50.[8] 胡包钢,应浩.模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题[J]. 自动化学报,2001,27(4):567-584.[9] 杨鹏,文喜星,周伶俐.基于模糊PID控制的静电悬浮研究[J]. 西北工业大学学报,2010,28(2):308-312.[10] 宋淑然,阮耀灿,洪添胜,等. 果园管道喷雾系统药液压力的自整定模糊PID控制[J].农业工程学报,2011,27(6):157-161.。

基于MATLAB和OPC实现分数阶PID在锅炉汽包液位控制中的应用

基于MATLAB和OPC实现分数阶PID在锅炉汽包液位控制中的应用郝军;强军梅【摘要】基于Oustaloup算法设计出分数阶PID控制系统,并利用MATLAB及OPC技术,将分数阶PID控制器应用到锅炉汽包液位DCS控制系统中.【期刊名称】《安徽化工》【年(卷),期】2015(041)004【总页数】4页(P43-45,49)【关键词】分数阶PID;锅炉汽包;液位控制【作者】郝军;强军梅【作者单位】鄂尔多斯市西北能源化工有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯010300;鄂尔多斯市西北能源化工有限责任公司,内蒙古鄂尔多斯010300【正文语种】中文【中图分类】TP2731 引言热电装置锅炉汽包液位控制是一项十分重要的工艺指标，且由于汽包液位有较大的时滞等特性，汽包液位控制一直是锅炉控制研究的热点。

目前应用最广泛的是三冲量调节[1]，最近关于专家PID[2]、模糊控制[3]以及分数阶PID控制[4]的应用越来越多，但是这些研究很多都是基于MATLAB平台来实现，而工厂中用到的更多是DCS控制系统。

我公司130T锅炉装置用的是浙大中控300XP系统，拟通过MATLAB以及OPC技术将分数阶PID控制器应用到浙大中控300XP锅炉控制系统中。

2 浙大中控300XP锅炉控制系统组态目前锅炉汽包液位控制中应用最广泛的是以三冲量调节为基础，设计锅炉三冲量分数阶PID控制系统。

汽包三冲量控制系统如图1。

图1 汽包三冲量控制系统图先在浙大中控300XP中完成锅炉汽包液位（LIT_4602/03/04）、主蒸汽（FR_4604）、给水流量（FRC_4601）、液位控制阀（FV_4601A）的组态。

然后在三冲量PID调节的基础上，将分数阶PID控制器应用到主PID调节中，组态如图2。

图2 中控300XP中汽包液位控制组态3 MATLAB与浙大中控300XP之间的通讯3.1 通讯原理MATLAB与锅炉装置浙大中控300XP之间的通讯依据OPC技术实现。

基于MATLAB的锅炉汽包液位控制仿真研究

通过对工业锅炉自动调节任务的分析，我们知道:工业锅炉的汽包水位是正常运行的主要指标之一，汽包水位是一个十分重要的被调参数。如果水位过低，则由于汽包的水量较少，而负荷却很大，水的汽化速度又快，因而汽包的水量变化速度很快，如不与时控制，就会使汽包的水全部汽化，导致锅炉烧坏或爆炸；水位过高会影响汽包的汽水分离。产生蒸汽带水现象，会使过热器管壁结垢导致破坏，同时过热蒸汽温度急剧下降、如果该蒸汽作为汽轮机动力的话，还会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。由此可见。锅炉给水系统采用自动控制是必不可少的，它对减轻运行人员的劳动强度，保证锅炉的安全运行具有重要意义。
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与取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得与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意。
3．维持炉膛负压
炉膛负压的变化，反映了引风量与送风量的不相适应。通常要求炉膛负压保持在20-40Pa的围，这时燃烧状况，锅炉房工作条件，炉膛的维护与安全运行都最有利。如果炉膛负压太小，炉膛容易向外喷火，既影响环境卫生，又可能危与设备与操作人员的安全。负压太大，炉膛吸入冷风量增大，增加引风机的电耗和烟气带走的热量损失。因此，需要维持炉膛压力在一定的田之。
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先进PID在火电厂锅炉汽包水位控制中的应用

第1章绪论第1章绪论1.1 课题背景与意义近年来,随着国民经济和科学技术的迅速发展,一方面,火力发电技术日趋成熟,机组不断向高参数、大容量方向发展,大型火电机组大量投产,这对机组运行的安全性、经济性等方面提出了更为严格的要求.因此机组运行越来越依赖于先进的自动化系统;另一方面,随着我国电力系统改革的进一步深化,厂网分开模式的建立,电厂经济将实行独立核算,如何不断降低发电成本,提高效益已成为发电企业面临的一个重大研究课题.锅炉是火电机组的重要组成部分,其动态特性将直接影响着整个机组的动态性能.在这种情况下,锅炉的建模与控制问题一直是人们关注的焦点,锅炉的复杂特性使得采用常规方法难以获得良好效果,近年来锅炉的建模和控制融入了智能化的手段.自从1965 年加得福尼亚大学的查德ZADEH 教授创建模糊集理论和1974 年英国的E.H.Mamdani 成功地将模糊控制应用于锅炉和蒸汽机控制以来,模糊控制得到广泛发展并在现实中得以成功应用.模糊控制在70 年代引入中国,研究起步较晚,但发展较快,目前在模糊控制、模糊辨识、模糊聚类、模糊模式识别等领域取得很大成就.我国是最早把模糊理论引入气象预报、地震预测和高炉冶炼控制方面的国家.在自适应模糊PID 控制器方面,我国的许多学者研究提出了采用模糊逻辑的非常规的PID 控制器,研究表明自适应、自调整以及模糊PID 不仅可以解决简单线性问题,而且对于许多复杂非线性、高阶、时延等系统具有很好的效果.最近几年对于经典模糊控制系统稳态性能的改善、模糊集成控制、模糊自适应控制与多变量模糊控制的研究,特别是针对复杂系统的自学习与参数自调整模糊系统方面的研究受到学者的关注.汽包水位的动态特性主要有：非线性、不确定性、时滞和负荷干扰、非最小相位特征等.对锅炉汽包水位控制方法大多采用传统的PID控制方式,由于传统PID 控制系统的参数是固定不变,在稳定的工况下一般可以投入自动,但在系统运行动态大幅度变化的情况下,系统不能适应,造成系统的不稳定甚至失控.在实际运行中常常需要手工操作.自适应模糊控制就是运用模糊的基本理论和方法,把规则的条件、操作用模糊表来表示,并把这些模糊控制规则以及有关信息作为知识存入知识库中,然后根据控制系统的实际响应情况运用模糊推理即可自动调整最佳参数.锅炉设备是一个多输入、多输出且相互关联的复杂控制对象,主要的控制系统包括锅炉汽包水位的控制、锅炉燃烧系统的控制、过热蒸汽系统的控制.其中维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件之一,是锅炉正常运行的重要指标.水位高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管内结垢,影响蒸汽质量及传热效率,严重的将引起过热器爆管;水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环,引起水冷壁局部过热而爆管,汽包水位过高过低的后果非常严重,所以必须严格加以控制.大容量机组的不断增加和电网调度自动化程度的日益提高,对火电机组的控制品质也提出了更高的要求.因此,研究火电厂汽包水位的先进控制策略对于电站运行的安全性和经济性具有十分重要的理论意义和现实意义.国内外研究现状火电厂锅炉汽包水位控制方式经历了三个阶段：以锅炉汽包水位作为唯一反馈量的单冲量控制方式，是最简单的控制方式，也是最基本的控制方式。

本科论文--基于MATLAB-Simulink下的模糊自适应PID在锅炉汽包水位控制中的应用

基于MATLAB/Simulink下的模糊自适应PID在锅炉汽包水位控制中的应用摘要：基于MATLAB/Simulink平台，建立一种模糊自适应PID系统的仿真模型，应用于锅炉汽包水位的控制过程，给出仿真的具体实现方法，并在系统运行过程中加入干扰信号，结果显示出系统具有良好的动态性能和较强的抗干扰性能，证明了本文方法的有效性。

关键词：PID 模糊自适应锅炉水位 SimulinkApplication of Fuzzy self-tunning PID controller in the boiler drum level based onMATLAB/simulinkGEWei ZHUZhang-qing（.Faculty of Engineering Department,Anhui Agriculture University,Hefei,230036,china）Abstract: Based on MATLAB/Simulink, a emulation model of Fuzzy self-tunning PID s ystem is builded up and applied to control boiler drum level.The detailed method of emul ation is given. The interference signal is added in the operation of system.The result show s good dynamic performance and stronger anti-interference function. It proves the approa ch proposed in this paper is effective.Keywords: PID Fuzzy Self-tunning drum level Simulink1 引言PID控制堪称控制领域的常青树，至今仍占据工业过程控制中90%以上的回路，具有结构简单、适应性强、鲁棒性好等优点，但受其控制参数整定的限制，对于非线性、大滞后系统难以达到满意的控制效果。

锅炉汽包液位控制系统matlab设计

锅炉汽包液位控制系统matlab设计一、引言锅炉汽包液位控制是锅炉控制系统中的重要组成部分，其作用是保证锅炉运行安全稳定。

本文将介绍如何使用MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统。

二、锅炉汽包液位控制系统的基本原理锅炉汽包液位控制系统的基本原理是通过对水泵、给水阀、汽阀等设备进行控制，使得锅炉内部的水位保持在一定范围内。

具体来说，当锅炉内部水位过低时，需要通过水泵将水加入到锅炉中；当锅炉内部水位过高时，则需要通过给水阀和汽阀来调节蒸汽排放量和给水量。

三、MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统的步骤1. 建立模型在MATLAB中，我们可以使用Simulink工具箱来建立模型。

首先，我们需要确定模型所需的输入和输出信号。

在这里，我们需要输入给水流量和蒸汽流量，并输出液位信号。

2. 设计PID控制器PID控制器是一种常用的控制器类型，在这里也可以使用该类型的控制器来进行设计。

在MATLAB中，我们可以使用Simulink中的PID 控制器模块来进行设计。

需要注意的是，在设计PID控制器时，需要根据实际情况进行参数调整。

3. 进行仿真在完成模型和控制器的设计后，可以进行仿真以验证系统的性能。

在MATLAB中，我们可以使用Simulink中的仿真功能来进行仿真。

4. 调整参数根据仿真结果，可以对模型和控制器参数进行调整以优化系统性能。

5. 实现控制最后，在完成模型和控制器参数调整后，我们可以将其应用到实际系统中进行控制。

四、总结本文介绍了如何使用MATLAB设计锅炉汽包液位控制系统，包括建立模型、设计PID控制器、进行仿真、调整参数和实现控制等步骤。

通过该方法，我们可以有效地提高锅炉运行安全稳定性。

基于MATLAB的锅炉液位控制系统的设计与仿真

基于MATLAB的锅炉液位控制系统的设计与仿真锅炉液位控制是工业生产过程中非常重要的一环，它直接涉及到锅炉的安全运行以及生产效率的提高。

本文将基于MATLAB软件对锅炉液位控制系统进行设计与仿真，并详细介绍设计和仿真过程。

首先，我们需要了解锅炉液位控制系统的基本原理。

在锅炉运行过程中，燃烧产生的热量将水加热为蒸汽，并转化为动能。

为了保证锅炉的安全运行，必须确保水的液位在合适的范围内。

如果液位过高将导致溢出，而液位过低则会引起管道干燥，从而破坏锅炉结构。

因此，液位控制的目标是使液位保持在一个稳定的值。

锅炉液位控制系统的主要组成部分包括水位传感器、执行器和控制器。

传感器用于检测液位，执行器用于调节水位，而控制器用于根据传感器的反馈信号控制执行器的动作。

设计锅炉液位控制系统的第一步是建立数学模型。

在本文中，我们采用经典的PID控制器。

PID控制器的输出可以表示为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt。

其中，e(t)为控制器输入信号，其定义为e(t) = SP(t) - PV(t)， SP(t)为设定值，PV(t)为过程变量，Kp、Ki和Kd分别为比例、积分和微分增益。

锅炉液位系统的数学模型可以表示为：τ * dp(t)/dt = m * a(t) - m * b(t) * u(t)。

其中，dp(t)/dt为液位变化速率，a(t)为进水流量，b(t)为蒸发流量，u(t)为执行器动作信号，τ和m为系统参数。

接下来，我们使用MATLAB软件进行系统设计和仿真。

首先，我们需要定义系统参数和初始条件。

然后，我们可以利用MATLAB的控制系统工具箱中的函数进行系统建模。

通过选择适当的PID控制器增益，我们可以通过系统仿真来评估系统的性能。

在MATLAB中，可以使用simulink模块来搭建系统模型，并通过运行模型来获取系统的响应曲线。

在仿真过程中，我们可以通过修改控制器增益来优化系统的性能，例如快速响应、抑制振荡和减小超调量。

PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用

毕业设计指导书毕业设计是本科教学计划的最后一个重要环节，是落实本科教育培养目标的重要组成部分。

其重要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，理论联系实际，独立分析、解决实际问题的能力，是学生从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练。

本设计是以锅炉为被控对象，采用PLC技术，设计一套锅炉汽包水位控制系统。

要求设计者以严肃认真、一丝不苟的态度对待这次设计，通过这个环节的学习，提高学生独立分析问题、解决问题的实际能力，学生应在系统设计、计算、工程绘图、实验、计算机使用、编制技术文件等方面的能力得到训练和提高。

一、毕业设计的题目、任务和要求1．题目：PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用2. 任务：(1)熟悉生产工艺过程，分析控制要求。

(2)根据控制要求，进行系统总体控制方案设计。

(3)系统硬件设备选型、PLC选型。

(4)估算所需I/O点数，进行I/O模块选型。

(5)绘制系统硬件连接图：包括系统硬件配置图；I/O连接图。

(6)分配I/O点数，列出I/O分配表。

(7)熟练使用相关软件，设计梯形图控制程序。

(8)对程序进行调试和修改。

(9)设计监控系统。

(10)总结各种资料和经验，编写技术文件。

(11)写毕业设计报告（包括说明书和相应图纸）、准备毕业答辩。

3. 目的、要求(1)巩固、联系、充实、加深、扩大所学基础理论知识和专业知识；(2)掌握专业设计工作的流程、方法和步骤；(3)增强计算、绘图、编制技术文件的能力；(4)提高运用所学知识分析、解决实际问题的能力；(5)通过毕业实习、毕业设计及毕业答辩过程的训练，加强师生之间交流，培养学术研讨的好学风；(6)培养学生严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风；(7)要求学生遵守作息时间，遵守学校的各项规章制度，确保毕业设计顺利地、高质量地完成。

二、毕业设计的一般步骤和基本内容1.收集并整理设计所需原始资料，为确定设计方案做准备。

2.有针对性地复习掌握与本设计相关的内容，如“过程控制工程”、“可编程序控制器原理与应用”、“自动控制原理”、“交流调速系统”、“电子技术基础”、“计算机控制系统”等。

基于MATLAB的多容对象液位控制系统仿真毕业设计(PID 串级控制)

目录前言 (1)第一章串级控制系统及仿真概述 (2)1.1 串级控制系统简介 (2)1.1.1基本概念及组成结构 (2)1.1.2串级控制系统的工作过程 (2)1.1.3系统特点及分析 (3)1.1.4工程应用场合 (3)1.1.5系统设计 (3)1.2 串级控制系统的设计 (3)1.2.1主回路的设计 (3)1.2.2副回路的设计 (4)1.2.3主、副回路的匹配 (4)1.3串级控制系统的工业应用 (5)1.3.1用于克服被控过程较大的容量滞后 (5)1.3.2用于克服被控过程的纯滞后 (6)1.3.3用于抑制变化剧烈幅度较大的扰动 (6)1.3.4用于克服被控过程的非线性 (6)1.4 过程控制系统的MATLAB计算与仿真 (6)1.4.1 控制系统计算机仿真 (6)1.4.2 控制系统的MATLAB计算与仿真 (7)第二章 PID控制简介及整定方法 (10)2.1 PID控制简介 (10)2.2 PID参数整定方法 (13)第三章多容液位控制系统的建模 (18)3.1 过程建模的方法 (18)3.1.1 机理法 (18)3.1.2.测试法 (19)3.1.3 阶跃响应法 (19)3.2 有相互影响的双容建模 (20)3.3 无相互影响的多容过程 (22)第四章多容液位控制系统的仿真 (25)4.1 被控对象的仿真模型 (25)4.2 单回路控制系统的仿真 (25)4.3 串级控制系统的仿真 (30)第五章总结和展望 (38)致谢 (39)参考文献 (40)附录................................................ 错误!未定义书签。

前言随着工业生产的飞速发展，液位过程控制的应用十分普遍，所以为了保证生产的正常进行，生产工艺要求储槽内的液位常常需要维持在某个设定值上，或只允许在某一小范围内变化。

与此同时，为确保生产过程的安全，还要绝对保证液体不产生溢出。

Matlab技术在PID控制中的应用

Matlab技术在PID控制中的应用引言PID控制器是一种常用的控制策略，它能够根据系统的反馈信号调整输出以使系统达到期望的状态。

PID控制器的参数调整是一个非常重要的过程，而Matlab 作为一种功能强大的数学软件，在PID控制的参数调整中发挥着重要作用。

本文将介绍Matlab技术在PID控制中的应用。

一、PID控制器简介PID控制器，即比例-积分-微分控制器，是一种经典的控制策略，由比例项（P 项）、积分项（I项）和微分项（D项）组成。

P项通过比较期望输出与实际输出的差异来进行调节，I项通过积分偏差来消除静态误差，D项通过微分输入信号的斜率来预测未来的变化趋势。

PID控制器的输出信号可以通过以下公式计算：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为输出信号，Kp、Ki和Kd为控制器的参数，e(t)为期望输出与实际输出的差异，de(t)/dt为误差变化的速率。

二、Matlab中的PID控制器设计在Matlab中，PID控制器的设计可以通过多种方式实现，其中一种常用的方法是使用控制系统工具箱。

控制系统工具箱提供了一系列用于设计和分析控制系统的函数和工具。

我们首先需要创建一个控制系统对象，使用该对象可以指定系统的传递函数、采样时间等参数。

接下来，可以使用pidtune函数来自动调整PID控制器的参数，也可以使用pid函数手动调整参数。

有了Matlab提供的控制系统工具箱，PID控制器参数的调整变得非常简单。

我们可以通过现有的系统数据和性能要求，或通过实验进行试错调整，来得到最佳参数配置。

此外，Matlab还提供了各种绘图和分析工具，帮助我们更好地理解和分析PID控制器的工作原理和性能。

三、PID控制器的参数调整PID控制器的参数调整是一个非常重要且复杂的过程。

我们可以根据系统的特性和需求来选择相应的参数调整方法。

在Matlab中，我们可以使用多种技术和方法来进行PID控制器的参数调整。

基于MATLAB和OPC实现分数阶PID在锅炉汽包液位控制中的应用

基于MATLAB的锅炉液位控制系统的设计与仿真

基于OPC和MATLAB的锅炉汽包水位智能控制系统

基于OPC和MATLAB的模糊PID在DCS中的应用

MATLAB软件在锅炉水位模糊控制系统中的应用

MATLAB技术在锅炉汽包三冲量调节系统中的应用

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基于 OPC 技术的 PLC 和 MATLAB 的水箱液位控制系统

基于MATLAB的锅炉水位控制系统设计和分析

基于OPC和MATLAB的模煳PID在DCS中的应用

基于Matlab／Simulink的锅炉汽包水位控制建模仿真

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