鍋爐汽包水位自適應(yīng)模糊控制與仿真

曹宇+田思慶+張炳權(quán)+鄭家風(fēng)

摘要：在鍋爐運行中，對水位的控制要求特別高，因為它關(guān)系到鍋爐系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，水位控制是一種非線性，強耦合的多變量系統(tǒng)。模糊控制具有不依賴控制對象建立精確數(shù)學(xué)模型、具有超調(diào)較小、防止振蕩等優(yōu)點。本文針對這個現(xiàn)象設(shè)計了模糊自適應(yīng)系統(tǒng)，并對其進行了MATLAB仿真實驗。結(jié)果表明模糊自適應(yīng)系統(tǒng)對鍋爐水位有很好的控制作用。

關(guān)鍵詞：汽包水位；自適應(yīng)模糊；PID控制；仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）22-0195-03

Abstract： In the boiler， the water level control requirements are particularly high， as it relates to the security and stability of the boiler system， water level control is a nonlinear， strongly coupled multivariable systems. Fuzzy control does not depend on having a control object to establish accurate mathematical model， with small overshoot， etc. to prevent shaking. In this paper， this phenomenon a fuzzy adaptive system， and gain the MATLAB simulation. The results show that the fuzzy adaptive system for boiler water level have very good control.

Key words： Drum Level； simulation； Fuzzy adaptive PID control

1 鍋爐供水系統(tǒng)

1.1 鍋爐供水系統(tǒng)工作原理

鍋爐供水系統(tǒng)是由鍋爐主體、液位傳感器、給水閥和各種管道構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)是通過液位傳感器返回的測量數(shù)據(jù)，去控制閥門開度的大小和開閉的時間來維持鍋爐內(nèi)的水位，來保證鍋爐的水位在一個安全的范圍值之內(nèi)[1]。鍋爐控制系統(tǒng)如圖1所示。

1.2 在給水流量作用下汽包水位的動態(tài)特性

鍋爐的輸入量就是給水量，在給水量發(fā)生變化時，汽包水位對象的微分方程式可以表示為：

2 汽包水位模糊控制自適應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

自適應(yīng)模糊PID控制系統(tǒng)，使用了性能優(yōu)越的模糊控制器取代了參數(shù)無法改變的常規(guī)PID控制器，使用PID和偏差e和偏差變化率ec相結(jié)合，通過使用模糊推理對PID進行在線整定，可以得出被控對象有良好的靜、動態(tài)特性[2]。則模糊PID控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3鍋爐汽包水位的自適應(yīng)模糊控制系統(tǒng)MATLAB仿真

3.1 鍋爐汽包水位模糊控制系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)圖的搭建

模糊規(guī)則制定完成后，在SIMULINK環(huán)境下中建立智能控制系統(tǒng)模糊控制仿真結(jié)構(gòu)圖，并對系統(tǒng)進行仿真實驗，在Simulink中的模糊自適應(yīng)PID控制系統(tǒng)如下所圖7所示[6]。

鍋爐水位仿真結(jié)果的自適應(yīng)模糊PID控制如圖8所示。

3.2 鍋爐汽包水位模糊控制系統(tǒng)的MATLAB仿真

在Simulink環(huán)境下，PID控制系統(tǒng)仿真框圖如圖9所示，仿真曲線如圖10所示。

在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)，通過SUMLINK建立的兩種不同形式的PID曲線，可以看出叢這兩個仿真曲線圖有些不同，采用模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)的PID曲線具有更好的控制效果，比經(jīng)典的PID控制器具有更快的動態(tài)響應(yīng)特征，叢模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)果曲線可以很好的看出系統(tǒng)能很快的趨向平衡點，這就表明系統(tǒng)響應(yīng)速度很快，超調(diào)量比較小，完成系統(tǒng)穩(wěn)定控制的時間短，控制精度也很高，并且控制結(jié)果非常穩(wěn)定。

4 結(jié)論

此項研究從鍋爐系統(tǒng)控制的特點出發(fā)，將鍋爐水位控制系統(tǒng)進行模型化分析，得出鍋爐水位控制系統(tǒng)在工業(yè)過程中表現(xiàn)出的非線性，大滯后，強耦合，不容易控制等特點的結(jié)論。此研究根據(jù)以上模型得出的結(jié)論，將PID控制和模糊控制理論相結(jié)合，彌補了傳統(tǒng)PID控制器難以達到理想控制效果的不足，既延續(xù)了PID控制中穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點，又將模糊控制融入其中，此兩種控制理論的結(jié)合，使鍋爐控制系統(tǒng)保持在最優(yōu)的實時參數(shù)上，達到了令人滿意的控制效果。

參考文獻：

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