锅炉液位模糊控制

绪论 (1)

第1章锅炉水位控制系统介绍 (2)

1.1锅炉的工艺过程 (2)

1.2锅炉水位控制所采用的方法 (2)

1.3模糊控制具有的突出特点 (3)

第2章锅炉水位模糊控制器的介绍 (3)

2.1模糊控制系统的组成与工作原理 (3)

2.1.1模糊控制系统主要有以下四个部分组成 (3)

2.1.2模糊控制系统的工作原理 (3)

2.2模糊控制器的设计 (4)

2.3 模糊控制器参数的选择 (4)

2.3.1 论域及基本论域 (4)

2.3.2量化因子及比例因子 (4)

2.3.3隶属度函数 (5)

2.3.4 If...Then规则 (6)

2.4 锅炉水位模糊控制的控制原理 (6)

2.5模糊集、模糊论域及隶属函数的确立 (7)

2.6建立模糊控制器的模糊控制规则 (7)

第3章系统仿真实现 (8)

3.1 基于模糊控制器的仿真实现 (8)

3.1.1建立锅炉给水仿真模型 (8)

3.1.2模糊控制器仿真实现 (9)

第4章仿真结果分析 (12)

参考文献 (14)

绪论

锅炉是我国工业生产和生活上应用面最广、数量最多的热力设备。在锅炉控制中锅炉水位控制系统是最重要的环节，维持锅炉水位在规定的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，也是锅炉正常生产运行的主要指标之一。本文就锅炉水位为达到水位快速实时跟踪设定值，并维持锅炉水位不超出公差允许的范围方面的问题，采用模糊控制实现锅炉水位的最佳控制。在构建锅炉给水系统并建立锅炉水位调节数学模型的基础上，对整个系统进行仿真。其中本文注重的是利用Matlab软件下的模糊逻辑工具箱来仿真控制锅炉水位，搭建仿真模型图，利用一系列模糊控制规则，通过对量化因子、比例因子的调整，得到比较理想的控制效果。并且在最终通过模糊控制与常规PI控制的比较，模糊控制下响应曲线的快速性，稳定性，来说明模糊控制在锅炉水位方面的优越性能。

模糊控制是以模糊集合理论为基础的一种新兴的控制手段，它是模糊系统理论和模糊技术与自动控制技术相结合的产物。与传统的控制方法相比，模糊控制系统依赖于行为规则库。由于是用自然语言表达的规则，更接近于人的思维方法和推理习惯，因此，便于现场操作人员的理解和使用，便于人机对话，以得到更有效的控制规律，且不需要根据机理与分析建立被控对象的数学模型。在传统的控制理论中，线性系统理论比较成熟。对于具有非线性特性的控制对象，虽然也有一些非线性控制的方法，但总的来说，非线性控制理论还很不成熟，而且方法也比较复杂。采用模糊控制的方法往往可以较好地解决非线性系统的控制问题。

第1章锅炉水位控制系统介绍

1.1锅炉的工艺过程

锅炉是过程工业中必不可少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅可以供生产过程作为热源，而且还可以作为蒸汽透平的动力源。随着工业生产过程规模的不断扩大，生产过程不断强化，作为全厂动力和热源的锅炉设备，亦向大容量、高参数、高效率方向发展。锅炉控制装置中的汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热器内结垢，影响传热效率，严重的将引起过热管爆管；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。锅炉控制装置其主要的任务是保证锅炉的安全、稳定运行，同时减轻工作人员的劳动强度，确保人员的人身安全。为了确保锅炉控制的安全，我们必须了解锅炉工作系统的原理。

锅炉工作系统主要由锅炉内胆、液位传感器、变送器、控制器、各种阀门及相关的管道组成。用液位测量信号作为控制信号，经变送器送到水位控制器，然后根据测量值与设定值的偏差及偏差变化率来控制给水调节阀的开度，从而改变给水量，以此来保证水位位置在设计定的误差范围内。锅炉工作系统示意图如下图1-1所示。

图1-1锅炉工作系统示意图

1.2锅炉水位控制所采用的方法

模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control)简称模糊控制(Fuzzy Control)，是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制技术。1965年，美国的L.A.Zadeh创立了模糊集合论；1973年又进一步研究了模糊语言处理，这些理论研究给模糊控制理论提供了数学依据，为模糊推理打下了理论基础，使得有人的经验参与的控制过程成为了实际可能。1974年，英国伦敦大学教授马丹（E．H．MamdanU)制造出当时世界上第一个用于锅炉和蒸汽机控制的模糊控制器，这一开拓性的工作标志着模糊控制论的诞生。

模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量以及模糊逻辑推理为基础的一种计算机控制方法。从控制器的智能性来看，模糊控制属于智能控制的范畴，是智能控制的主要方法之一。它是控制理论发展的高级阶段的产物，主要用来解决那些传统方法难以解决的复杂系统的控制问题，它的研究对象具有模型不确定性、非线性，复杂的任务要求的特点。

1.3模糊控制具有的突出特点

(1)模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象的精确的数学模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。

(2)由工业过程的定性认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难以获取，动态特性不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。

(3)基于模型的控制算法及系统设计方法，由于出发点和性能指标的不同，容易导致较大差异；但一个系统语言控制规则却具有相对的独立性，利用这些控制规律间的模糊连接，容易找到折中的选择，使控制效果优于常规控制器。

(4)模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则设计的，这有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的智能水平。

(5)模糊控制系统的鲁棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。

第2章锅炉水位模糊控制器的介绍

2.1模糊控制系统的组成与工作原理

2.1.1模糊控制系统主要有以下四个部分组成

（1）模糊控制器；它是模糊控制系统的核心，它是以模糊逻辑推理为主要组成部分，同时又具有模糊化和去模糊化功能的控制器，根据控制系统的需要，即可选用系统机，又可选用单片机。

（2）输入/输出接口装置；通过输入/输出接口从被控对象获取数字信号，送至模糊控制器，并将模糊控制器决策出的输出数字信号经过数模转换，将其转变为模拟信号，送给执行机构去控制被控对象。

(3)广义对象；包括被控对象与执行机构，被控对象可以是线性的，也可以是非线性的、定常或时变的等多种情况，

(4)传感器；传感器将被控对象或将各种被控量转换为电信号，它在模糊控制系统中占有非常熏要的位置，因此它的精度影响着整个控制系统的精度。

2.1.2模糊控制系统的工作原理

微机经中断采样获取被控制量的精确值，然后将此量与给定值比较得到偏差信号。一般选偏差信号e