基于MATLAB的鍋爐汽包液位控制仿真研究

1、內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；

2、學校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 學位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。作者簽名： 日期： 年 月 日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)

3、定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。涉密論文按學校規(guī)定處理。作者簽名：日期： 年 月 日導師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻8）致謝9）附錄（對論文支持必要時）2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（

4、論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。4.文字、圖表要求：1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫3）畢業(yè)論文須用a4單面打印，論文50頁以上的雙面打印4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔5.裝訂順序1）設(shè)計（論文）2）附件：按照任務(wù)書、開題報

5、告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂3）其它基于matlab的鍋爐汽包液位控制仿真研究摘要鍋爐是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程中必不可少的重要動力設(shè)備。鍋爐往往成了不少工廠不可缺少的一部分。因而，對鍋爐設(shè)備中的自動控制系統(tǒng)進行分析研究是必要的。鍋爐是工廠生產(chǎn)過程中重要的動力設(shè)備。鍋爐水位控制系統(tǒng)是鍋爐生產(chǎn)控制系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)。對鍋爐生產(chǎn)操作如果不合理往往會引起事故。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。傳統(tǒng)的鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)大都采用pid控制。而模糊控制不要求知道被控對象的精確數(shù)學模型，只需要操作人員的經(jīng)驗知識及

6、操作數(shù)據(jù)，魯棒性強，適合用于非線性、滯后系統(tǒng)的控制，但其靜態(tài)性能不能令人滿意，限制了它的應(yīng)用。為消除模糊控制的穩(wěn)態(tài)誤差，本文將fuzzy-pid引入鍋爐汽包液位的控制系統(tǒng)中，并利用simulink分別在設(shè)定值及干擾作用下對控制系統(tǒng)進行仿真，結(jié)果表明，較之單純的模糊控制和常規(guī)pid控制，這種控制效果較為理想，可滿足鍋爐的汽包液位控制要求。關(guān)鍵詞：汽包液位；pid控制；模糊控制；fuzzy-pid控制；仿真the simulation study of boiler drum level control based on matlab abstractthe boiler is absolutel

7、y necessary significant power plant of industry productions process such as the chemical industry，heat edible oil，generation of electrical energy，papermaking and refines sugar and so on .as a result，it is indispensable systematically to analyze research to the automatic control in the boiler install

8、ation.the boiler is the power plant that the whole factory, segment that the boiler water level control system is the most significant in the boiler. to boiler production operation, if unreasonable will often cause the accident. the majority of these accidents are boiler water monitor causing improp

9、er, obviously the importance of boiler drum water level control in the boiler device control system. the traditional control mode of the drum water level mostly uses pidthe fuzzy control does not need precise mathematical model of the controlled object，it only needs the experience of operator and th

10、e data of operating，it has good robustness and is fit to control the system with nonlinearity and time lag，but its static characteristic is dissatisfied，which limits its applicationit is usual mode of three-variable drum water level in order to eliminate the static error that using fuzzy-pid control

11、，and the simulation with the action of setting value and noisethe result of simulation indicates that the effect of control improves comparing with simple fuzzy control and traditional pid control，which can satisfy the control requirement of the drum water levelkeywords: drum level; pid control; fuz

12、zy control; fuzzy-pid control; simulation內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘要iabstractii目 錄iii第一章 引 言11.1 課題背景與意義11.2 鍋爐控制的研究現(xiàn)狀21.3 控制方法的分類31.4 本文的主要研究內(nèi)容4第二章 鍋爐汽包液位系統(tǒng)特性與控制方法分析62.1 汽包水位的動態(tài)特性72.1.1 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性82.1.2 汽包水位在蒸汽流量作用下的動態(tài)特性92.2 鍋爐汽包水位控制102.2.1 單沖量控制系統(tǒng)102.2.2 雙沖量控制系統(tǒng)112.2.3 三沖量控制系統(tǒng)12第三章 控制理論分析143.

13、1 pid控制理論143.1.1 pid控制器簡述143.1.2 pid控制器的結(jié)構(gòu)153.1.3 pid控制的優(yōu)缺點173.2 模糊控制理論173.2.1 模糊控制的基本思想183.2.2 模糊控制系統(tǒng)的組成193.2.3 模糊控制器的工作原理203.2.4 模糊論域、量化因子和比例因子的選擇223.2.5 模糊控制器的優(yōu)缺點233.3 模糊-pid控制243.3.1 模糊-pid控制器的基本結(jié)構(gòu)253.3.2 模糊pid控制器的設(shè)計步驟26第四章鍋爐汽包液位pid控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究274.1仿真工具簡介274.1.1 關(guān)于matlab274.1.2 關(guān)于simul1nk274.1.3

14、仿真實現(xiàn)284.2鍋爐汽包水位的pid控制284.2.1 汽包液位的pid控制系統(tǒng)的建立284.2.2 pid參數(shù)的整定30第五章 模糊-pid控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真研究345.1 模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計及仿真研究345.1.1 模糊控制器的設(shè)計345.1.2 模糊控制器仿真375.2 鍋爐汽包液位模糊-pid控制415.2.1 模糊-pid控制器設(shè)計415.2.2 仿真實現(xiàn)425.3 幾種控制效果比較分析43第六章 結(jié)束語44參考文獻45致謝47第一章 引 言1.1 課題背景與意義鍋爐是我國工業(yè)生產(chǎn)和生活上應(yīng)用面最廣、數(shù)量最多的熱力設(shè)備，是化工、煉油、發(fā)電、造紙和制糖等工業(yè)生產(chǎn)過程必不可少的重要動力

15、設(shè)備。尤其是在現(xiàn)代化的石油化工企業(yè)里，熱力站的設(shè)立可以使工藝生產(chǎn)過程中的物料和能量得到更加合理的充分利用，它不僅能為反應(yīng)器蒸餾塔換熱器以及其他設(shè)備提供熱源，而且還可以為生產(chǎn)過程中的風機壓縮機泵類驅(qū)動提供動力來源。鍋爐安全經(jīng)濟運行是保障國家財產(chǎn)及人民生命安全，促進國民經(jīng)濟發(fā)展，合理使用和節(jié)約能源的重要保證。鍋爐是受火焰加熱且具有爆炸危險的特殊設(shè)備和壓力容器，其安全性尤為重要。只有在充分保證鍋爐安全生產(chǎn)、保護環(huán)境和運行可靠的前提下，通過科學管理、技術(shù)改造、提高操作及運行水平，使鍋爐實現(xiàn)熱效率高的狀態(tài)。鑒于鍋爐控制系統(tǒng)的研究對于提高系統(tǒng)的安全性，經(jīng)濟性，穩(wěn)定性具有深遠的意義，同時對實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化也有

16、一定的促進作用。其中壓力、水位、溫度是鍋爐運行質(zhì)量的重要指標，水位過高會影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象；水位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導致重大事故。因此，必須對汽包水位進行自動調(diào)節(jié)，使水位嚴格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。正常運行時的鍋爐燃燒系統(tǒng)必須使出口的過熱蒸汽溫度維持在一定范圍內(nèi)，該參數(shù)的控制質(zhì)量直接影響著機組運行的安全性和經(jīng)濟性。過熱蒸汽溫度過高，可能造成過熱器、蒸汽管道及汽輪機的高壓部分金屬損壞；過熱蒸汽溫度過低，降低汽輪機的效率，加劇對葉片的侵蝕。所以，在鍋爐運行中必須保持過熱汽溫的穩(wěn)定性。另外，壓力過大容易帶來危險。所以，要把壓力、水位、溫度控制在規(guī)定范圍內(nèi)。為了滿足負荷設(shè)備的

17、要求，保證鍋爐本身運行的安全性和經(jīng)濟性，工業(yè)鍋爐主要有下列自動調(diào)節(jié)任務(wù):1保持汽包液位汽包液位是工業(yè)鍋爐正常運行的主要指標。液位過高會影響汽水分離，產(chǎn)生汽帶水現(xiàn)象；液位過低會影響汽水循環(huán)，使金屬局部過熱而爆管，導致重力事故。因此，必須對汽包液位進行自動調(diào)節(jié)，把水位嚴格控制在規(guī)定范圍內(nèi)。2維持蒸汽壓力蒸汽壓力是衡量鍋爐的蒸汽生產(chǎn)量與負荷設(shè)備的蒸汽消耗量是否平衡的重要指標，是蒸汽的重要工藝參數(shù)。蒸汽壓力過低或過高，對于金屬導管和負荷設(shè)備都是不利的。壓力過高，會加速金屬的蠕變，導致鍋爐受損；壓力過低，就不可能提供給負荷設(shè)備符合質(zhì)量的蒸汽。因此，控制蒸汽壓力是安全生產(chǎn)的需要，也是保證燃燒經(jīng)濟性的需要。

18、3維持爐膛負壓爐膛負壓的變化，反映了引風量與送風量的不相適應(yīng)。通常要求爐膛負壓保持在20-40pa的范圍內(nèi)，這時燃燒狀況，鍋爐房工作條件，爐膛的維護及安全運行都最有利。如果爐膛負壓太小，爐膛容易向外噴火，既影響環(huán)境衛(wèi)生，又可能危及設(shè)備與操作人員的安全。負壓太大，爐膛吸入冷風量增大，增加引風機的電耗和煙氣帶走的熱量損失。因此，需要維持爐膛壓力在一定的范田之內(nèi)。4維持過熱蒸汽溫度恒定為了保證汽輪機正常工作，必須保證過熱蒸汽溫度恒定，汽溫過高或過低都會影響汽輪機的安全運行，所以過熱蒸汽溫度是影響安全的重要參數(shù)，一般要求溫度變化保持在士5的范圍之內(nèi)。5保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟性鍋爐的熱效率主要取決于空燃比。

19、如果比值不當，空氣不足，結(jié)果導致燃料的不完全燃燒，當大部分燃料不能完全燃燒時，熱量損失直線上升；如果空氣過多，就會使大量的熱量損失在煙氣之中，使燃燒效率降低。因此，必須使空氣和燃料維持適當?shù)谋壤?，使鍋爐燃燒過程工作在最佳工況下，保持爐膛煙氣出口處的過?？諝庀禂?shù)為最佳值，使鍋爐熱效率最高，避免環(huán)境污染，達到節(jié)能降耗的目的。通過對工業(yè)鍋爐自動調(diào)節(jié)任務(wù)的分析，我們知道:工業(yè)鍋爐的汽包水位是正常運行的主要指標之一，汽包水位是一個十分重要的被調(diào)參數(shù)。如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而負荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導致鍋爐燒壞或爆

20、炸；水位過高會影響汽包的汽水分離。產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象，會使過熱器管壁結(jié)垢導致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降、如果該蒸汽作為汽輪機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性和經(jīng)濟性。由此可見。鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行具有重要意義。1.2 鍋爐控制的研究現(xiàn)狀對鍋爐的汽包水位，傳統(tǒng)的控制方法如pid控制是目前較為流行也運用較多的控制方法，其優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡單，易于實現(xiàn)，對于有精確的數(shù)學模型的對象，是首選的控制系統(tǒng)。然而對于鍋爐汽包水位這一時變、死區(qū)、非線性、多變量、擾動大的復雜系統(tǒng)，這絕非一件易事。水位對象的特征隨著鍋爐運行工況的改變

21、而改變，沒有確定的數(shù)學模型。最大問題是在汽包運行中會出現(xiàn)“虛假液位”現(xiàn)象，若采用簡單的pid控制方式控制汽包水位，在出現(xiàn)“虛假液位”時，控制系統(tǒng)將會減少汽包進水流量，致使汽包中供水量進一步減少。因此，常規(guī)的pid控制器難以獲得良好的控制效果。模糊控制擺脫了精確數(shù)學模型的束縛，開辟了工業(yè)過程控制的一條新途徑。模糊控制的優(yōu)點就是不需要建立對象的精確數(shù)學模型，而根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表，然后由該表決定控制量的大小。因此研究適應(yīng)性很強的模糊控制理論，以及它在鍋爐水位系統(tǒng)中的應(yīng)用是有非常重要意義的，不僅可以豐富完善模糊控制的理論體系，而且有廣泛的應(yīng)用前景。由此看來，將模糊控制引入鍋爐水位控制系統(tǒng)已

22、是勢在必行。并且，在先前將模糊控制應(yīng)用到汽包水位控制系統(tǒng)的實踐中，常規(guī)的二維pd模糊控制存在比較大的靜態(tài)誤差和“多級繼電器”特性，降低了它的控制精度。所以有必要對模糊控制進行更深入地研究，以便提高對汽包水位系統(tǒng)控制的性能。同時，人們也在其它控制方法上做了很多研究，例如：基于集散控制系統(tǒng)的鍋爐控制、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的鍋爐控制、基于專家控制的鍋爐控制、混沌pid智能控制器及遺傳算法-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid智能控制器等。但應(yīng)用最活躍的是模糊控制。其中，模糊-pid控制技術(shù)扮演了十分重要的角色，并且仍將成為未來研究與應(yīng)用的重點技術(shù)之一。本文就是對模糊-pid控制在鍋爐控制中的應(yīng)用進行研究4。1.3 控制方法的

23、分類在鍋爐汽包水位的自動控制中，針對不同的控制信號，可以有單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控制系統(tǒng)。其中，單沖量控制系統(tǒng)以汽包水位測量為唯一的控制信號；雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位信號為主要的控制信號的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量為潛虧信號；三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進給水量控制信號作為內(nèi)環(huán)控制，下面分別加以詳細說明：(1)單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號，即調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。單沖量汽包水位控制系統(tǒng)存在兩個主要問題：當鍋爐蒸汽負荷變化很大時，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過

24、程一開始水位“虛假”上升而減少給水量，這個錯誤舉動反而擴大了汽包進出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。在給水擾動時，調(diào)節(jié)器要等到水位改變了以后才動作，又經(jīng)過一段時間延遲后才能影響到水位，導致汽包水位發(fā)生較大變化，調(diào)節(jié)時間長。(2)雙沖量控制系統(tǒng)雙沖量控制系統(tǒng)在單沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號。加入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對控制的不良影響。當蒸汽負荷變化時，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向動作，同時有助于改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高控制質(zhì)量。雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是：調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動。當給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。(

25、3)三沖量控制系統(tǒng)一般而言，鍋爐容量越大，汽包容水量相對就越小，允許的蓄水量就更小，這就要求提高汽包水位的控制。在雙沖量控制系統(tǒng)中，對于給水量的自發(fā)變化不能及時調(diào)節(jié)，只能在延遲一段時間后，給水量的擾動才能通過汽包水位的變化反映出來。對于幾臺鍋爐并列運行時，幾臺鍋爐的汽包水位控制會相互影響，使得控制過程非常復雜。針對這個問題，三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進了給水量信號控制。這個調(diào)節(jié)器接受三個輸入調(diào)節(jié)信號：汽包水位作為主沖量信號，蒸汽流量作為前饋信號，給水流量作為內(nèi)反饋信號。1.4 本文的主要研究內(nèi)容本論文就鍋爐汽包水位控制特性作為研究切入點，探討如何解決鍋爐汽包水位控制特性所提出

26、的問題。本文建立了鍋爐汽包水位控制特性的數(shù)學模型，分別采用傳統(tǒng)pid控制手段和模糊-pid控制方法來設(shè)計鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，并進行了對比討論。首先，通過研究發(fā)現(xiàn)，鍋爐汽包水位控制特性與鍋爐的給水流量和蒸汽流量有關(guān)。通過對現(xiàn)場鍋爐汽包水位的研究，得出傳遞函數(shù)以及特性曲線。當蒸汽流量與給水流量不平衡時，會產(chǎn)生“虛假液位”現(xiàn)象。這是汽包水位控制最主要克服的問題之一。在汽包實際運行過程中，經(jīng)驗豐富的操作人員往往能通過觀察汽包水位和蒸汽流量的變化情況，采用手動操作，有效地克服“虛假液位”現(xiàn)象，使汽包工作在良好的狀態(tài)下。因此，只要將他們的操作經(jīng)驗和知識正確地進行歸納、總結(jié)，找出相應(yīng)的模糊控制規(guī)則，就可以

27、在此基礎(chǔ)上建立汽包水位模糊控制系統(tǒng)。然后,本文分別采用經(jīng)典pid控制算法、純模糊控制算法和模糊-pid控制算法對鍋爐汽包水位進行控制，利用matlab軟件對控制效果進行仿真，對比觀察它們的動態(tài)響應(yīng)特性、抗干擾性、和對被控對象變化的抑制效果，最后確定要采用的控制方案。第二章 鍋爐汽包液位系統(tǒng)特性與控制方法分析鍋爐是一種既受壓又直接受火的特種設(shè)備，是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設(shè)備。對鍋爐生產(chǎn)如果操作不合理，管理不善，處理不當，往往會引起事故，因此，鍋爐的安全問題是一項非常重要的問題，必須引起高度重視。工業(yè)鍋爐中最常見的事故有：鍋爐缺水，鍋爐超壓，鍋爐滿水，汽水共騰，爐膛爆破，二次燃燒，鍋爐滅火等。其中以鍋爐

28、缺水事故比例最高。這些事故中的大部分是由于鍋爐水位控制不當引起的，可見鍋爐汽包水位控制在鍋爐設(shè)備控制系統(tǒng)中的重要性。汽包水位是影響鍋爐安全運行的重要參數(shù)，同時鍋爐汽包水位高度關(guān)系著汽水分離的速度和生產(chǎn)蒸汽的質(zhì)量。隨著科學技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代鍋爐要向蒸發(fā)量大，汽包容積相對減小的方向發(fā)展。這樣，要使鍋爐的蒸發(fā)量隨時適應(yīng)負荷設(shè)備的需要量，汽包水位的變化速度必然很快，稍不注意就容易造成汽包滿水，或者燒成干鍋。在現(xiàn)代鍋爐操作中，即使是缺水事故，也是非常危險的，這是因為水位過低，就會影響自然循環(huán)的正常進行，嚴重時會使個別上水管形成自由水面，產(chǎn)生流動停滯，致使金屬管壁局部過熱而爆管。無論滿水或缺永都會造成事

29、故。因此，必須對汽包水位進行自動調(diào)節(jié)，將水位嚴格控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)。下面就汽包水位的動態(tài)特性和控制器的設(shè)計過程做具體的研究。汽包水位是鍋爐運行的主要指標。如果水位過低，則由于汽包內(nèi)的水量較少，而負荷卻很大，水的汽化速度又快，因而汽包內(nèi)的水量變化速度很快，如不及時控制，就會使汽包內(nèi)的水全部汽化，導致鍋爐燒壞或爆炸；水位過高會影響汽包的汽水分離。產(chǎn)生蒸汽帶水現(xiàn)象，會使過熱器管壁結(jié)垢導致破壞，同時過熱蒸汽溫度急劇下降、如果該蒸汽作為汽葬機動力的話，還會損壞汽輪機葉片，影響運行的安全性和經(jīng)濟性。鍋爐汽包給水自動控制的任務(wù)是維持汽包水位在一定的范圍內(nèi)變化。汽包水位間接地表示了鍋爐負荷和給水的平衡關(guān)系，

30、隨著鍋爐參數(shù)的提高和容量的擴大，對給水控制提出了更高的要求，其主要原因有：(l)汽包的個數(shù)和體積減少，使汽包的蓄水量和蒸發(fā)面積減少，從而加快了汽包水位的變化速度。(2)鍋爐容量的增大，顯著地提高了鍋爐蒸發(fā)受熱面的熱負荷，使鍋爐負荷變化對水位的影響加劇了。(3)提高了鍋爐的工作壓力，給水管道系統(tǒng)相應(yīng)復雜，流量特性更不易滿足控制系統(tǒng)的要求。由此可見。鍋爐給水系統(tǒng)采用自動控制是必不可少的，它對減輕運行人員的勞動強度，保證鍋爐的安全運行具有重要意義。鍋爐水位自動控制(給水自動控制)的任務(wù)就是控制給水流量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。2.1 汽包水位的動態(tài)特性維持鍋爐汽包水位在規(guī)定

31、的范圍內(nèi)是保證鍋爐安全生產(chǎn)運行的必要條件，也是鍋爐正常生產(chǎn)運行的主要指標之一。水位過高，會影響汽包內(nèi)汽水分離效果使汽包出口的飽和蒸汽帶水增多，蒸汽帶水會使飽和蒸汽中含鹽量增高降低過熱蒸汽品質(zhì)，增加在過熱器管壁上的結(jié)垢；水位過低，則可造成水的急速蒸發(fā)，汽水自然循環(huán)破壞，局部水冷管壁被燒壞嚴重時會造成爆炸事故。汽包水位與蒸汽含鹽量的關(guān)系如圖2.1所示: 圖2.1汽包水位與蒸汽含鹽量的關(guān)系工業(yè)鍋爐的汽包及蒸發(fā)管中貯藏著蒸汽和水，貯藏量的多少是以被控制量水位表征的，汽包的流入量是給水量，流出量是蒸汽量，當給水量等于蒸汽量時，汽包水位就恒定不變。引起水位變化的主要擾動是蒸汽流量的變化和給水流量的變化。如

32、果只考慮主要擾動，那么，汽包水位對象的動態(tài)特性可用方程式表示: （2-1）式中，時間常數(shù)；給水流量項時間常數(shù)；蒸汽流量項時間常數(shù)；給水流量項的放大系數(shù)；kd蒸汽流量項的放大系數(shù)； 為穩(wěn)定狀態(tài)下的水位，h為水位高度的變化)；(w為給水流量的變化，dmax為最大蒸汽負荷量)；(d為蒸汽負荷量)。2.1.1 汽包水位在給水流量作用下的動態(tài)特性給水流量對水位的影響，即控制通道的動態(tài)特性。給水量是鍋爐的輸入量，如果蒸汽負荷不變，那么在給水流量發(fā)生變化時，汽包水位對象的微分方程式可以表示為：經(jīng)拉式變換后得 (2-2)從而可得到汽包水位在給水流量作用下的傳遞函數(shù)： (2-3)根據(jù)以上公式，在給水流量階躍輸入

33、作用下，汽包水位的反映特性曲線如圖2.2所示，從圖2.2的特性曲線上可以看到，當突然加大給水流量(蒸汽量不變)，給水量大于蒸發(fā)量，但汽包水位開始并不立即增加，而呈現(xiàn)出一段起始慣性段，這是因為溫度較低的更多地給水進入了水循環(huán)系統(tǒng)，它從原有的飽和汽水中吸取了一部分熱量，汽包和熱水管路中由于熱量的“損失”，汽包體積減少。經(jīng)省煤氣進入汽包得給水，首先必須填補由于汽水管路中汽包減少讓出的空間。這時，雖然給水量增加，但水位基本不變。但水面下汽泡容積變化過程逐漸平靜時，汽包水位才由于儲水量的增加而逐漸上升。當水面下汽泡容積不再變化，完全穩(wěn)定下來時，水位變化就隨著貯水量的增加而直線上升。因此，當把汽包和給水看

34、做單容無自衡對象時，水位響應(yīng)曲線應(yīng)為一條直線。如圖2.2中h1所示。但由于給水溫度比汽包內(nèi)飽和水的溫度低，所以給水量變化后，使汽包內(nèi)汽泡含量減少，導致水位下降。因此實際水位響應(yīng)曲線如圖2.2中h所示，既當突然加大給水量后，汽包水位一開始并不增加而要呈現(xiàn)出一段起始慣性段。圖2.2給水流量擾動下的水位特性曲線用傳遞函數(shù)來描述時，它相當于一個積分環(huán)節(jié)和一個慣性環(huán)節(jié)的串聯(lián)，可表示為： (2-4)由切線法求得：1 (2-5)2.1.2 汽包水位在蒸汽流量作用下的動態(tài)特性蒸汽負荷(蒸汽流量)對水位的影響，其干擾通道的動態(tài)特性。汽包水位在蒸汽流量擾動下的動態(tài)特性(給水量不變)可直接從公式(2-l)導出： (

35、2-6)經(jīng)拉式變換后: (2-7)其傳遞函數(shù)為: (2-8)上式可以用兩個動態(tài)環(huán)節(jié)的并聯(lián)來等效，即: (2-9)在蒸汽流量f擾動下的階躍響應(yīng)曲線如圖2所示。當蒸汽流量突然增加時，若單從物料不平衡角度考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，汽包水位如圖2.3中h1所示，液位應(yīng)當直線下降。但實際上，在擾動的初始瞬間，水位不但沒有下降反而是上升的，汽包水位不是h1而是h。這是由于蒸氣用量突然增加時，瞬間導致汽包壓力下降，汽包內(nèi)水沸騰加劇，氣泡迅速增加，氣泡容積增大造成的。汽泡體積膨脹而使水位變化的曲線如圖2中h2所示，實際水位曲線h是h1和h2的迭加。 圖2.3汽包水位的階躍反應(yīng)曲線圖用傳遞函數(shù)來描述可以表示

36、為: (2-10)式中，為蒸汽流量作用下，階躍響應(yīng)曲線的飛升速度: ，分別為只考慮水面下汽泡容積變化所引起的水位變化h2的放大倍數(shù)和時間常數(shù)。由切線法可求得蒸汽負荷增加時的傳遞函數(shù)為:1 (2-11)在鍋爐生產(chǎn)過程中，當蒸汽負荷突然增加時，單從物料不平衡考慮，汽包中蒸發(fā)量大于給水量，水位應(yīng)下降。但因蒸汽流量與給水流量產(chǎn)生不平衡的初始階段，水位下降存在時間上的延遲，所以實際上，當蒸汽負荷增加時，雖然鍋爐的給水流量小于蒸汽流量，水位不但不下降，反而迅速上升，這是由于汽水混合物中蒸汽的容積迅速增加造成的。這種現(xiàn)象常稱為“虛假液位”現(xiàn)象。造成“虛假液位”的原因有兩個：(l)鍋爐蒸汽負荷增加使爐膛和汽包

37、中汽水混合物的汽、水比例發(fā)生變化(汽容積增加)而引起汽包水位上升，這是引起汽包“虛假液位”的主要原因。(2)蒸汽流量增加，汽包汽壓下降，爐水沸點下降，由于爐水為飽和水的汽化，使汽包水位隨壓力下降而升高?？傊?，由于存在“虛假液位”現(xiàn)象，當負荷蒸汽流量增加時，汽包水位開始不但不降反而上升，即先上升后下降;當蒸汽負荷量突然減小時，則汽包水位變化的情況相反，先降后升。2.2 鍋爐汽包水位控制汽包水位控制的目的就是要克服鍋爐負荷變化所引起的“虛假液位”的影響和各種干擾對水位的影響，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)變化。在工業(yè)汽包水位的自動控制中，針對不同的控制信號可以有單沖量控制系統(tǒng)、雙沖量控制系統(tǒng)和三沖量控

38、制系統(tǒng)。其中，單沖量控制系統(tǒng)以汽包水位測量為唯一的控制信號；雙沖量控制系統(tǒng)在汽包水位信號為主要控制信號的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號；三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進給水量控制信號作為內(nèi)環(huán)控制。2.2.1 單沖量控制系統(tǒng)單沖量控制系統(tǒng)是以汽包水位測量信號為唯一的控制信號，即調(diào)節(jié)器根據(jù)汽包水位測量值與給定值的偏差去控制給水調(diào)節(jié)閥，改變給水量來保持汽包水位在允許范圍內(nèi)。如圖 2.4 汽包液位單沖量控制原理圖及方框圖 圖 2.4 汽包液位單沖量控制原理圖及方框圖單沖量汽包水位控制系統(tǒng)存在兩個主要問題:(1)當鍋爐蒸汽負荷變化很大時，受“虛假液位”現(xiàn)象的影響，在調(diào)節(jié)過程一開始水位“虛

39、假”上升而減少給水量，這個錯誤舉動反而擴大了汽包進出流量的不平衡，使汽包水位和給水量的波動幅度增大，降低了調(diào)節(jié)質(zhì)量。(2)在給水擾動時，調(diào)節(jié)器要等到水位改變了以后才動作，又經(jīng)過一段時間延遲后才能影響到水位，導致汽包水位發(fā)生較大變化，調(diào)節(jié)時間長2。2.2.2 雙沖量控制系統(tǒng)在單沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加入蒸汽流量作為前饋信號。引入的蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對控制的不良影響。當蒸汽負荷變化時，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向動作，同時有助于改善控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高控制質(zhì)量。如圖2.5所示。圖中，g1為蒸汽流量擾動下汽包液位的傳遞函數(shù)。k為蒸汽流量的分流系數(shù)2。從本質(zhì)上看，雙沖量控制系統(tǒng)是

40、一個前饋(蒸汽流量)加單回路反饋控制系統(tǒng)的復合控制系統(tǒng)，這種調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點是：(1)引入蒸汽流量前饋信號可以消除“虛假液位”對調(diào)節(jié)的不良影響，當蒸汽量變化時，就有一個使給水量與蒸汽量同方向變化的信號，可以減小或抵消由于“虛假液位”現(xiàn)象而使給水量與蒸汽量相反方向變化的誤動作，使調(diào)節(jié)閥一開始就向正確的方向移動。因而大大減小了給水量和液位的波動，縮短了過渡過程的時間。(2)引入了蒸汽流量前饋信號，能夠改善調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特性，提高調(diào)節(jié)質(zhì)量。在給水壓力比較平穩(wěn)時，采用雙沖量調(diào)節(jié)是能夠達到調(diào)節(jié)要求的。 雙沖量調(diào)節(jié)存在的問題是：調(diào)節(jié)作用不能及時反映給水側(cè)的擾動。當給水量擾動時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)等于單沖量調(diào)節(jié)。 圖2

41、.5 汽包液位雙沖量控制原理圖及方框圖2.2.3 三沖量控制系統(tǒng)一般而言，鍋爐容量越大，汽包容水量相對就越小，允許的蓄水量就更小，這就要求提高對汽包水位的控制。在雙沖量控制系統(tǒng)中，對于給水量的自發(fā)變化不能及時調(diào)節(jié)，只有在延遲一段時間后，給水量的擾動才能通過汽包水位的變化反映出來。對于幾臺鍋爐并列運行時，幾臺鍋爐的汽包水位控制會相互影響，使得控制過程非常復雜。針對這個問題，三沖量控制系統(tǒng)在雙沖量控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，又引進了給水量信號控制。這個調(diào)節(jié)器接受三個輸入調(diào)節(jié)信號：汽包水位作為主沖量信號，蒸汽流量作為前饋信號，給水流量作為內(nèi)反饋信號。因此，對中小型鍋爐，由于汽包相對負荷而言，容量較大，水位受到

42、擾動后的轟應(yīng)速度比較慢，虛假水位現(xiàn)象不很嚴重。因此一般采用單沖量調(diào)節(jié)方法就可以滿足生產(chǎn)運行的要求，但是單沖量調(diào)節(jié)方法不能克服虛假水位對水位控制的不良影響，當蒸汽量大幅度增加時，由于假水位上升，調(diào)節(jié)器輸出信號不但不去開大調(diào)節(jié)閥增大給水流量，以維持物料平衡，反而去關(guān)小調(diào)節(jié)閥，減小給水流量，等到假水位消失后，水位將更加迅速下降，在外擾作用下必將引起水位發(fā)生較大幅度波動。為了克服虛假水位對控制的不良影響，可以引入蒸汽流量作為前饋信號，所以雙沖量控制比單沖量控制更好些。然而雙沖量控制方法不能迅速克服給水壓力變化對水位的影響，因為當給水壓力波動時，給水流量將相應(yīng)變化，此時只有待水位發(fā)生變化后調(diào)節(jié)器才能起作

43、用。為此再引入給水流量信號，即采用三沖量水位控制回路。所以，通過分析我們發(fā)現(xiàn)三沖量控制要比單沖量控制和雙沖量控制要優(yōu)越些2。三沖量控制控制系統(tǒng)如圖2.6所示，一是由給水流量w、給水分流器a w組成的內(nèi)回路。二是由液位調(diào)節(jié)對象g0、變送器、調(diào)節(jié)器gc和內(nèi)回路構(gòu)成的主回路。當負荷變化時，液位可以保持無差。 圖2.6 汽包液位三沖量控制原理圖及方框圖本文就是采用這種三沖量的控制方式，將蒸汽流量作為前饋信號，把給水流量作為控制信號，組成汽包水位的三沖量控制系統(tǒng)，同時考慮到傳統(tǒng)pid控制對汽包運行中出現(xiàn)的“虛假水位”嚴重時控制不夠及時，所以將模糊控制器和模糊-pid控制器應(yīng)用到該鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)中，

44、實現(xiàn)工業(yè)鍋爐汽包水位的定值控制。第三章 控制理論分析3.1 pid控制理論3.1.1 pid控制器簡述pid控制器產(chǎn)生并發(fā)展于1915-1940年期間，盡管自上世紀80年代以來，電子計算機的快速更新?lián)Q代和計算技術(shù)的高速發(fā)展，推動了控制理論研究的深入開展，出現(xiàn)了許多先進的控制算法，然而，以pid為原理的各種控制器仍是過程控制中不可或缺的基本控制單元。至今，仍有90%以上的控制回路采用pid結(jié)構(gòu)或其改進型。概括的說，pid控制器應(yīng)用如此廣泛主要有以下幾個原因：（1）只要設(shè)計和參數(shù)整定合適，pid控制器在許多應(yīng)用場合都能獲得較滿意的效果。（2）pid控制器有一個相對固定的結(jié)構(gòu)形式，一般僅有三個參數(shù)需

45、要設(shè)置，不需要精確的數(shù)學模型；并且，pid控制器操作簡單、維護方便，對設(shè)備和技術(shù)人員的要求不高，因而在現(xiàn)有控制系統(tǒng)中使用容易。（3）現(xiàn)在，隨著微處理器性價比的不斷提高，一些優(yōu)于傳統(tǒng)pid控制的復雜控制算法能夠得到實現(xiàn)，而且控制技術(shù)的迅速發(fā)展導致了控制系統(tǒng)的組合化。然而在這種情況下，為什么pid控制器依然能在過程工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，其中一個原因，是許多高級控制策略都采用分層結(jié)構(gòu)，而pid控制被用于最底層；上層多變量控制器給底層的pid控制器提供設(shè)定值；另一個原因，是負責實際操作的技術(shù)人員要掌握復雜控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)比較難。（4）借助于電子管、半導體和集成電路技術(shù)，pid控制器發(fā)生了許多變化，從

46、過去的氣動式向今天的微處理器方向發(fā)展。微處理器的出現(xiàn)對pid控制器產(chǎn)生了重大影響，實際上今天幾乎所有的pid控制器都是建立在微處理器基礎(chǔ)上。這樣也就給傳統(tǒng)pid控制器提供了增加一些新功能的可能，這些新功能主要包括自整定、增益調(diào)度和自適應(yīng)。自整定技術(shù)對于工程師設(shè)置控制器參數(shù)非常有用，尤其體現(xiàn)在一些復雜回路的控制器參數(shù)整定上。pid控制器在功能和作用上，可以提供一種反饋控制，通過積分作用可以消除靜態(tài)偏差，通過微分作用可以預測未來。它能解決許多控制問題，尤其在動態(tài)過程是良性的和性能要求不太高的情況下。3.1.2 pid控制器的結(jié)構(gòu)pid控制器的基本控制規(guī)律有比例、積分和微分等幾種，工業(yè)上所用的控制規(guī)

47、律是這些基本規(guī)律之間的不同組合。比例、積分、微分調(diào)節(jié)器，是前述調(diào)節(jié)器中功能最全的一種。pid控制器的數(shù)學模型可以用下式表示： (3-1)式中，u（t）控制器的輸出； e（t）控制器輸入，它是給定值和被控對象輸出值的差，稱偏差信號； kp控制器的比例系數(shù)； ti 控制器的積分時間； td控制器的微分時間。pid控制規(guī)律由比例、積分、微分三部分組成。分別介紹如下：(1) 比例部分比例部分數(shù)學式表示如下： (3-2)偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即有控制作用，使控制量朝著減小偏差的方向變化，控制作用強弱取決于比例系數(shù)，越大，控制作用越強，則過渡過程越短，控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)誤差也越?。坏酱?，超調(diào)量也越大，越容易

48、產(chǎn)生震蕩，導致動態(tài)性能變壞，甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此，比例系數(shù)選擇必須適當，這樣才能取得過渡時間短、穩(wěn)態(tài)誤差小而又穩(wěn)定的效果。(2) 積分部分積分部分數(shù)學式表示如下： (3-3) 從積分部分的數(shù)學表達式可以知道，只要存在偏差，則它的控制作用就會不斷地積累，輸出控制量以消除偏差?？梢姡e分部分的作用可以消除系統(tǒng)的偏差，可是積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強會使系統(tǒng)超調(diào)加大，控制的動態(tài)性能變差，甚至會使閉環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定。積分時間ti，對積分部分的作用影響極大。當ti較大時，則積分作用較弱，這時，有利于系統(tǒng)減小超調(diào)，過渡過程不易產(chǎn)生震蕩，但是消除靜差所需的時間較長，當ti較小時，則積分作用較強

49、，這時系統(tǒng)過渡過程中有可能產(chǎn)生震蕩，但消除靜差所需的時間較短。(3) 微分部分微分部分數(shù)學表達式表示如下： (3-4)微分作用的引入是為了改善高階對象的控制品質(zhì)，因為微分作用是按照偏差的變化趨勢來控制，具有及時性。微分部分的作用強弱由微分時間td決定。td越大，則它抑制e(t)變化的作用越強，有利于加快系統(tǒng)響應(yīng)，使超調(diào)量減小，穩(wěn)定性增加，但系統(tǒng)對擾動的抑制能力減弱。因為微分作用的引入會把高頻干擾放得很大，反而可能使系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)降低。td越小，它反抗e(t)變化的作用越弱。它對系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大的影響。 在計算機中，pid控制規(guī)律的實現(xiàn)必須用數(shù)值逼近的方法。當采樣周期很短時，用求和代替積分，用差

50、商代替微商，使pid算法離散化，將描述連續(xù)-時間pid算法的微分方程變?yōu)槊枋鲭x散-時間pid算法的差分方程，數(shù)字pid位置型控制算式，如下式所示： (3-5)式中：u(k)k采樣周期時的輸出； e(k)k采樣周期時的偏差； ts采樣周期。令: ， ，則有： (3-6)其中，ki，kd分別為比例、積分、微分系數(shù)。 pid控制是迄今為止最通用的控制方法。大多數(shù)反饋控制用該方法或其較小的變形來控制。pid調(diào)節(jié)器及其改進型是在工業(yè)過程控制中最常見的控制器。我們今天所熟知的pid控制器產(chǎn)生并發(fā)展于1915-1940年期間。盡管自1940年以來，許多先進控制方法不斷推出，但pid控制器以其結(jié)構(gòu)簡單及易于操

51、作等優(yōu)點，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機械等工業(yè)過程控制中。3.1.3 pid控制的優(yōu)缺點pid控制的特點，使它在過程控制中有很多優(yōu)點：第一，pid控制的原理簡單，參數(shù)物理意義明確，理論分析體系完整且應(yīng)用經(jīng)驗豐富，使用起來比較方便；第二，pid控制對于大多數(shù)過程都具有良好的控制效果和魯棒性；第三，在過程控制中的適應(yīng)性強，在多種生產(chǎn)部門都得到應(yīng)用，在生產(chǎn)過程控制發(fā)展歷程中，盡管控制器的實現(xiàn)幾經(jīng)換代，但基本的控制功能仍然是pid控制。但傳統(tǒng)的pid控制也存在許多不足，最突出的一點就是有關(guān)pid參數(shù)的問題。首先，傳統(tǒng)pid控制無自整定能力，這主要表現(xiàn)在兩個方面：第一，pid控制器的參數(shù)整定

52、必須相對于某一模型已知、系統(tǒng)參數(shù)已知的系統(tǒng);第二，pid控制器參數(shù)一旦整定完畢，便只能固定地適用于一種工況。但事實上大多數(shù)的生產(chǎn)過程都具有非線性，且其特性隨時間的變化而變化，顯然固定的一組參數(shù)是不能滿足這種變化的。其次傳統(tǒng)的pid控制器的參數(shù)只能整定為滿足生產(chǎn)過程控制目標某一個方面的要求。在設(shè)計控制系統(tǒng)的過程中人們主要關(guān)心的問題是“設(shè)定值跟蹤特性”和“干擾抑制特性”。而傳統(tǒng)的pid控制器，只能通過整定一組pid參數(shù)來滿足一個方面的要求。因此常常采用折中的辦法整定控制器參數(shù)，這樣得到的控制效果顯然不是最佳的。但是，pid三大參數(shù)選擇的好壞，直接影響到控制效果的好壞：合理的參數(shù)會使控制效果優(yōu)良，不

53、合理的選擇會使系統(tǒng)的動靜態(tài)性能變差，有時甚至使系統(tǒng)閉環(huán)不穩(wěn)定。所以，探求一種精確的整定方法有著重要的理論意義和工程應(yīng)用意義。在實際生產(chǎn)過程中，由于受到參數(shù)整定方法煩雜的困擾，常規(guī)pid控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行環(huán)境的適應(yīng)性較差。針對上述問題，長期以來，人們一直在尋求pid控制器參數(shù)的自整定技術(shù)，以適應(yīng)復雜的工況和高指標的控制要求。微處理機技術(shù)的發(fā)展和數(shù)字智能式控制器的實際應(yīng)用，以及近年來各種先進算法的不斷涌現(xiàn)，為控制復雜系統(tǒng)開辟了新途徑3。3.2 模糊控制理論模糊控制是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的計算機智能控制，其基本概念由美國加利福尼亞大學著名教授l.a.z

54、adeh首先提出。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已在模糊控制理論和應(yīng)用研究方面取得了重大成功。模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和一般的傳統(tǒng)控制系統(tǒng)沒有多大區(qū)別，只是用模糊控制器取代了傳統(tǒng)的控制器。從理論上講模糊控制器應(yīng)是連續(xù)型的控制器，但在工程上實現(xiàn)模糊控制都是采用數(shù)字計算機，所以在實際應(yīng)用中，模糊控制器又是一種離散型的控制器。模糊控制器的控制規(guī)律由計算機的程序?qū)崿F(xiàn)，實現(xiàn)一步模糊控制算法的過程描述如下:微機經(jīng)過中斷采樣獲得被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差信號e，一般選誤差信號e作為模糊控制器的一個輸入量。把誤差信號e的精確量進行模糊化轉(zhuǎn)變成模糊量。誤差e的模糊量可用響應(yīng)的模糊語言表示，得到誤差e的模糊語

55、言集合的一個子集e(e是一個模糊矢量)，在由e和模糊控制規(guī)則r(模糊算子)根據(jù)推理的合成規(guī)則進行模糊決策，得到模糊控制量u。3.2.1 模糊控制的基本思想控制理論的發(fā)展和數(shù)學有著密切的關(guān)系，尤其是現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，這種關(guān)系就更為密切。無論是采用經(jīng)典控制理論還是采用現(xiàn)代控制理論去設(shè)計一個自動控制系統(tǒng)，一般需要了解被控對象數(shù)學模型的結(jié)構(gòu)、階次、參數(shù)等等，然后在此基礎(chǔ)上合理地選擇控制策略。但是在許多情況下無法建立被控過程的數(shù)學模型。如煉鋼爐的冶煉過程、工業(yè)鍋爐的燃燒過程等等。此類過程的變量多，各種參數(shù)又存在不同程度的時變性，并且過程具有非線性、強耦合等特點，因此建立這一類過程的精確數(shù)學模型困難很大，難以進行控制，但有經(jīng)驗的操作人員進行手動控制卻可以收到令人滿意的效果。模糊控制的基本思想就是利用計算機來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗，而人的控制經(jīng)驗一般是由語言來表達的，這些語言表達的控制規(guī)則又帶有相當?shù)哪：?。如人工控制水槽液位的?jīng)驗可以表達為：若水槽無水或水較少時，則開大水閥；若液