压力模糊PID控制系统设计汇编.docVIP

第一章 工程设计概述 1.1 论文设计的背景 1.1.1 国内外工厂主蒸汽压力控制的简介及现状 随着工厂锅炉机组越来越向着高参数、大容量的方向发展，对热工自动控制系统的控制品质的要求也越来越高。从30年代起，锅炉控制中就采用了PID控制器。目前，国内的锅炉燃烧控制仍然大多采用常规PID控制器，或者为了改善控制效果，加一些前馈控制。控制方法远远落后于国外的控制技术，尤其是北欧国家和德国。锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。 图1-1工业燃煤锅炉生产工业流程图 1.2.3控制要求分析 锅炉是全厂重要的动力设备，要求是供给合格的蒸汽，使锅炉发热量适应负荷的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。锅炉设备的主要控制要求如下。 （1）供给蒸汽量适应负荷变化需求或保持给定负荷。 （2）锅炉供给用汽设备的蒸汽压力应保持在一定范围内。 （3）过热蒸汽温度应保持在一定范围内。 （4）汽包水位保持在一定范围内。 （5）保持锅炉燃烧的经济性和安全运行。 （6）炉膛负压保持在一定范围内。 锅炉设备是一个复杂的控制对象，主要输入变量是锅炉给水量、燃料量、减温水量、送风量和引风量等；主要输出变量是汽包水位、蒸汽压力、过热蒸汽温度、炉膛负压、过剩空气（氧气含量等）。 由于每个系统的输入输出之间都有一定的系统延迟，即当输入变化的时候系统输出不能够马上反应其变化从而使系统的控制不及时。下面就系统的燃料变化，蒸汽压力之间，从系统的燃料变化后会引起系统的温度变化进而引起蒸汽压力变化期间存在时间延迟[1]。下面只对出现介于干扰的情况做析 图1-2 燃料量阶跃变化时，蒸汽压力反应曲线 图1-3 蒸汽流量阶跃变化时，蒸汽压力反应曲线 可见，在燃料量扰动下，汽压被控对象有一定延迟时间τ，随着锅炉蒸发量增加，主蒸汽压力 P 逐渐增加，由于汽轮机调节阀开度不变，而使汽轮机进汽量逐渐增加，于是自发地限制了汽压的进一步升高。最后当汽轮机进汽量与锅炉蒸发量相平衡时，汽压维持在一个新的平衡值。故汽压被控对象是一个有自平衡能力的对象。 锅炉燃料量()发生的阶跃扰动 1.3模糊控制理论介绍 1.3.1 模糊控制的产生 自20世纪70年代以来，现代控制理论己经在工业生产过程、军事科学以及航空航天等许多方面取得了成功的应用。但是他们都有一个基本的要求，要建立被控对象的精确数学模型。随着科学技术的迅猛发展，各个领域对自动控制系统控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高，所研究的系统也日益复杂多变。然而由于一系列原因，诸如被控对象或过程的非线性、时变性、多参数间的强烈耦合、较大的随机干扰、过程机理错综复杂、各种不确定性以及现场检测手段不完善等，难以建立被控对象的精确模型。虽然常规PID控制技术可以解决一些问题，但范围是有限的。对于那些难以建立数学模型的复杂被控对象，采用传统的控制方法，包括基于现代控制理论的控制方法，往往不如一个有实践经验的操作人员所进行的手动控制效果好。 美国控制专家L.A.Zadehl965年创立了模糊集合论，其核心是对复杂的系统或过程建立一种语言分析的数学模式，使自然语言能直接转化为计算机所能接受的算法语言。模糊集合理论的诞生，为处理客观世界中存在的一类模糊性问题，提供了有力的工具。同时，作为模糊数学一个重要应用分支的模糊控制理论便应运而生了。1974年英国科学家E.H Mamdani等人研制成功第一台模糊控制器，并把它应用于锅炉蒸汽机的控制，得到了良好的控制效果，他们这一开拓性试验标志着模糊控制的诞生。模糊控制模仿人脑的模糊概念和控制策略，把部分自然语言作为算法语言，并把他引入控制程序来调动机器去完成控制任务。因此模糊控制不需要知道被控对象的数学模型，他是一种语言控制，具有人工智能控制的特点。模糊控制是一种与经典和现代控制理论完全不同的控制方式，他为自动控制开辟了一条新途径。 1.3.2 模糊控制的发展概况 模糊控制的发展经历了三个重要的阶段，第一阶段为基本模糊控制，第二阶段为自适应模糊控制，第三阶段为智能模糊控制。 第一阶段：基本模糊控制的理论和应用研究 自从1974年Mamdani首先把模糊控制应用于锅炉蒸汽机控制以来，人们已取得了大量的在这方面的研究成果并付诸于实践，模糊控制的简单易行和良好性能引起人们的高度重视掀起一阵“模糊热”，特别是1987年在日本，基于模糊控制的仙台地铁开通以后，各种家电的模糊产品相继研制出成功并进入市场，如洗衣机、照相机、摄像机、复印机、吸尘器、电冰箱、微波炉、电饭锅、空调器、电视机、淋浴器等。同时，各种各样的模糊控制系统也被研制成功[5]。例如，各种熔炉、电气炉、水泥生成炉的控制系统、核能发电供水系统、汽车控制系