锅炉的计算机控制毕业论文

基于PID的锅炉温度控制系统设计 摘要:利用BP神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,将神经网络PID与LabVIEW友好地人 机交互结合,实现对锅炉温度的控制.仿真结果表明,该系统具有更小的超调量,并且更快地到达需要的控制温 度. 关键词:BP神经网络;PID控制;温度控制 温度是锅炉生产蒸汽质量的重要指标之一,也是保证锅炉设备安全的重要参数.同时,温度是影响锅 炉传热过程和设备效率的主要因素.例如,在利用烟化炉对锌、铝冶炼过程中,如果温度过低,则还原速度 和挥发速度都会降低;但温度也不宜过高,否则在温度超过1 250℃时,可能形成Zn-Fe合金,有害于烟 化炉的作业,因此温度的精确测量和控制是十分必要的.作为工业控制系统中的基本方式,PID控制对于 动态反应较缓慢的工业过程是非常好的控制规律[1].但是,当工业过程复杂,负荷变化很多,对象的纯滞 后又较大时常规PID控制达不到要求,为了解决上述问题系统采用PLC作为下位机,PC作为上位机,利 用labVIEW构造人机交互界面,应用神经网络PID对系统进行控制,设计锅炉温度的监制电路. 1 系统总体设计 系统通过热电偶传感器检测出锅炉的温度,采集的信号经过A/D电路转换后传给PLC控制器.PLC 根据数据做出判断,当锅炉处在升温阶段时对锅炉进行加热,当锅炉处于保温段时调用PID算法控制温 度满足输出要求.同时PLC把数据传给PC机,PC机做出显示和报警.具体电路如图1所示. 1·1 主控芯片 S7-300PLC是西门子生产的模块式中小型PLC,提供了大量可以选择的模块,包括:PS 电源模块、CPU模块、IM接口模块、SM信号模块、FM功能模块和CP通信模块.其中FM模块可实现高 速级数、定位控制、闭环控制功能;CP模块是组态网使用的接口模块常用的网络有PROFIBUS,工业以太 网及点对点连接网络.这些模块可以通过U形总线紧密地固定在轨道上,一条导轨共有11个槽号:1号槽 至3号槽分别放置电源、CPU、IM模块4号槽至11号槽 可以随意放置其他模块. 1·2 通信网络 一般的自动化系统都是以单元生产设备 为中心进行检测和控制,不同单元的生产设备间缺乏信息 交流,难以满足生产过程的统一管理.西门子全集成自动 化解决方案顺应了当今自动化的需求,TIA从统一的组态 和编程、统一的数据管理及统一的通信三方面集成在一 起,从现场级到管理级,可以使用如工业以太网、PROFIB- BUS,MPI,EIB等通信网络.根据设计的需要可以自由选择通信网络的配置[2]. 1·3 温度传感器 热电偶是将2种不同的导体焊接起来组成闭合回路,当两端节点有温度差时,两端点 之间产生电动势,回路中会产生电流,这种现象称为热电效应.热电偶温度传感器就是利用这一效应来工 作的.在工业生产过程中被测点与基准节点之间的距离常常过远,为了节省热电偶材料,降低成本,通常采 用补偿导线的方式进行补偿[3]. 1·4 显示界面 LabVIEW是美国NI公司推出的图形化工业控制测控开发平台,是目前应用最广、发展 最快、功能最强的图形软件集成开发环境.LabVIEW具有界面友好、开发周期短等优点,广泛应用于仪器 控制、数据采集、数据分析和数据显示等领域.所以,我们可以在计算机上采用它来实现对设备运行状态的 监控,同时也可以对各种数据进行采集显示.系统的温度显示界面如图2所示. 2 系统控制算法设计 PID控制是工业过程控制中最常用的一种控制方法, 但常规的PID控制在被控对象具有复杂的非线性时,如锅 炉的温度控制,不仅具有较大的纯延迟,而且模型也不确 定时,对于这种对象往往难以达到满意的控制效果.BP神 经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,通过神 经网络自身的学习,找到最佳组合的PID控制参数,以满 足控制系统的要求.具体的神经网络PID控制系统框图如 图3所示. 设PID神经元网络是一个3层BP网络,包括2个输入节点,3个隐含层节点,1个输出接点.输入节 点对应所选的系统运行状态量,如系统不同时刻的输入量和输出量等,必要时要进行归一化处理.输出节 点分别对应PID控制的3个可调参数KP,KI,KD.输入层的2个神经元在构成控制系统可分别输入系统 被调量的给定值和实际值.由文献[4]和[5]中的前向算法可得到输出层的权系数计算公式为: 3结论 PID控制算法是一种易于实现而且经济实用的方法,具有很强的灵活性,但在被控制对象具有复杂的 非线性时,难以满足控制要求,而神经网络PID控制具有逼近任意非线性函数的能力,神经网络PID与 LabVIEW结合实现对锅炉温度的数据采集、控制和显示,提高了锅炉监控系统的效率. 参考文献: [1] 邓洪伟.供暖锅炉温度和压力的PLC控制[J].动力与电力工程,2008(18):93-94. [2] 张运刚.西门子S7-300/400PLC技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007. [3] 何希才.传感器及其应用实例[M].北京:机械工业出版社,2004. [4] 何离庆.过程控制系统与装置[M].北京:重庆大学出版社,2003. [5] 舒怀林.PID神经元网络及其控制系统[M].北京:国防工业出版社,2006.

1. 智能压力传感器系统设计 2. 智能定时器 3. 液位控制系统设计 4. 液晶控制模块的制作 5. 嵌入式激光打标机运动控制卡软件系统设计 6. 嵌入式激光打标机运动控制卡硬件系统设计 7. 基于单片机控制的数字气压计的设计与实现 8. 基于MSC1211的温度智能温度传感器 9. 机器视觉系统 10. 防盗与恒温系统的设计与制作 11. 防盗报警器 12. AT89S52单片机实验系统的开发与应用 13. 在单片机系统中实现SCR（可控硅）过零控制 14. 微电阻测量系统 15. 基于单片机的电子式转速里程表的设计 16. 基于GSM短信模块的家庭防盗报警系统 17. 公交车汉字显示系统 18. 基于单片机的智能火灾报警系统 19. WIN32环境下对PC机通用串行口通信的研究及实现 20. FIR数字滤波器的MATLAB设计与实现方法研究 21. 无刷直流电机数字控制系统的研究与设计 22. 直线电机方式的地铁模拟地铁系统制作 23. 稳压电源的设计与制作 24. 线性直流稳压电源的设计 25. 基于CPLD的步进电机控制器 26. 全自动汽车模型的设计制作 27. 单片机数字电压表的设计 28. 数字电压表的设计 29. 计算机比值控制系统研究与设计 30. 模拟量转换成为数字量的红外传输系统 31. 液位控制系统研究与设计 32. 基于89C2051 IC卡读/写器的设计 33. 基于单片机的居室安全报警系统设计 34. 模拟量转换成为数字量红外数据发射与接收系统 35. 有源功率因数校正及有源滤波技术的研究 36. 全自动立体停车场模拟系统的制作 37. 基于I2C总线气体检测系统的设计 38. 模拟量处理为数字量红外语音传输接收系统的设计 39. 精密VF转换器与MCS-51单片机的接口技术 40. 电话远程监控系统的研究与制作 41. 基于UCC3802的开关电源设计 42. 串级控制系统设计 43. 分立式生活环境表的研究与制作(多功能电子万年历) 44. 高效智能汽车调节器 45. 变速恒频风力发电控制系统的设计 46. 全自动汽车模型的制作 47. 信号源的设计与制作 48. 智能红外遥控暖风机设计 49. 基于单片控制的交流调速设计 50. 基于单片机的多点无线温度监控系统 51. 蔬菜公司恒温库微机监控系统 52. 数字触发提升机控制系统 53. 农业大棚温湿度自动检测 54. 无人监守点滴自动监控系统的设计 55. 积分式数字电压表设计 56. 智能豆浆机的设计 57. 采用单片机技术的脉冲频率测量设计 58. 基于DSP的FIR滤波器设计 59. 基于单片机实现汽车报警电路的设计 60. 多功能数字钟设计与制作 61. 超声波倒车雷达系统硬件设计 62. 基于AT89C51单片机的步进电机控制系统 63. 模拟电梯的制作 64. 基于单片机程控精密直流稳压电源的设计 65. 转速、电流双闭环直流调速系统设计 66. 噪音检测报警系统的设计与研究 67. 转速闭环（V-M）直流调速系统设计 68. 基于单片机的多功能函数信号发生器设计 69. 基于单片机的超声波液位测量系统的设计 70. 仓储用多点温湿度测量系统 71. 基于单片机的频率计设计 72. 基于DIMM嵌入式模块在智能设备开发中的应用 73. 基于DS18B20的多点温度巡回检测系统的设计 74. 计数及数码显示电路的设计制作 75. 矿井提升机装置的设计 76. 中频电源的设计 77. 数字PWM直流调速系统的设计 78. 开关电源的设计 79. 基于ARM的嵌入式温度控制系统的设计 80. 锅炉控制系统的研究与设计 81. 智能机器人的研究与设计 ——\u001F自动循轨和语音控制的实现 82. 基于CPLD的出租车计价器设计——软件设计 83. 声纳式高度计系统设计和研究 84. 集约型无绳多元心脉传感器研究与设计 85. CJ20-63交流接触器的工艺与工装 86. 六路抢答器设计 87. V-M双闭环不可逆直流调速系统设计 88. 机床润滑系统的设计 89. 塑壳式低压断路器设计 90. 直流接触器设计 91. SMT工艺流程及各流程分析介绍 92. 大棚温湿度自动控制系统 93. 基于单片机的短信收发系统设计 ――硬件设计 94. 三层电梯的单片机控制电路 95. 交通灯89C51控制电路设计 96. 基于D类放大器的可调开关电源的设计 97. 直流电动机的脉冲调速 98. 红外快速检测人体温度装置的设计与研制 99. 基于8051单片机的数字钟 100. 48V25A直流高频开关电源设计 101. 动力电池充电系统设计 102. 多电量采集系统的设计与实现 103. PWM及单片机在按摩机中的应用 104. IC卡预付费煤气表的设计 105. 基于单片机的电子音乐门铃的设计 106. 基于单片机的温湿度测量系统设计 107. 基于单片机的简易GPS定位信息显示系统设计 108. 基于单片机的简单数字采集系统设计 109. 大型抢答器设计 110. 新型出租车计价器控制电路的设计 111. 500kV麻黄线电磁环境影响计算分析 112. 单片机太阳能热水器测控仪的设计 113. LED点阵显示屏-软件设计 114. 双容液位串级控制系统的设计与研究 115. 三电平Buck直流变换器主电路的研究 116. 基于PROTEUS软件的实验板仿真 117. 基于16位单片机的串口数据采集 118. 电机学课程CAI课件开发 119. 单片机教学实验板——软件设计 120. PN结（二极管）温度传感器性能的实验研究 121. 微电脑时间控制器的软件设计 122. 基于单片机AT89S52的超声波测距仪的研制 123. 硼在TLP扩散连接中的作用机理研究 124. 多功能智能化温度测量仪设计 125. 电网系统对接地电阻的智能测量 126. 基于数字采样法的工频电参数测量系统的设计 127. 动平衡检测系统的设计 128. 非正弦条件下电参测量的研究 129. 频率测量新原理的研究 130. 基于LABVIEW的人体心率变异分析测量 131. 学校多功能厅音响系统的设计与实现 132. 利用数字电路实现电子密码锁 133. 矩形微带天线的设计 134. 简易逻辑仪的分析 135. 无线表决系统的设计 136. 110kV变电站及其配电系统的设计 137. 10KV变电所及低压配电系统设计 138. 35KV变电所及低压配电系统设计 139. 6KV配电系统及车间变电所设计 140. 交流接触器自动化生产流水线设计 141. 63A三极交流接触器设计 142. 100A交流接触器设计 143. CJ20—40交流接触器工艺及工装设计 144. JSS型数字式时间继电器设计 145. 半导体脱扣器的设计 146. 12A交流接触器设计 147. CJ20-100交流接触器装配线设计 148. 真空断路器的设计 149. 总线式智能PID控制仪 150. 自动售报机的设计 151. 小型户用风力发电机控制器设计 152. 断路器的设计 153. 基于MATLAB的水轮发电机调速系统仿真 154. 数控缠绕机树脂含量自控系统的设计 155. 软胶囊的单片机温度控制（硬件设计） 156. 空调温度控制单元的设计 157. 基于人工神经网络对谐波鉴幅 158. 基于单片机的鱼用投饵机自动控制系统的设计 159. 基于MATLAB的调压调速控制系统的仿真研究 160. 锅炉汽包水位控制系统 161. 基于单片机的无刷直流电机控制系统设计 162. 煤矿供电系统的保护设计——硬件电路的设计 163. 煤矿供电系统的保护设计——软件设计 164. 大容量电机的温度保护——软件设计 165. 大容量电机的温度保护 ——硬件电路的设计 166. 模块化机器人控制器设计 167. 电子式热分配表的设计开发 168. 中央冷却水温控制系统 169. 基于单片机的玻璃管加热控制系统设计 170. 基于AT89C51单片机的号音自动播放器设计 171. 基于单片机的普通铣床数控化设计 172. 基于AT89C51单片机的电源切换控制器的设计 173. 基于51单片机的液晶显示器设计 174. 手机电池性能检测 175. 自动门控制系统设计 176. 汽车侧滑测量系统的设计 177. 超声波测距仪的设计及其在倒车技术上的应用 178. 篮球比赛计时器设计 179. 基于单片机控制的红外防盗报警器的设计 180. 智能多路数据采集系统设计 181. 继电器保护毕业设计 182. 电力系统电压频率紧急控制装置研究 183. 用单片机控制的多功能门铃 184. 全氢煤气罩式炉的温度控制系统的研究与改造 185. 基于ATmega16单片机的高炉透气性监测仪表的设计 186. 基于MSP430的智能网络热量表 187. 火电厂石灰石湿法烟气脱硫的控制 188. 家用豆浆机全自动控制装置 189. 新型起倒靶控制系统的设计与实现 190. 软开关技术在变频器中的应用 191. 中频感应加热电源的设计 192. 智能小区无线防盗系统的设计 193. 智能脉搏记录仪系统 194. 直流开关稳压电源设计 195. 用单片机实现电话远程控制家用电器 196. 无线话筒制作 197. 温度检测与控制系统 198. 数字钟的设计 199. 汽车尾灯电路设计 200. 篮球比赛计时器的硬件设计 201. 公交车报站系统的设计 202. 频率合成器设计 203. 基于RS485总线的远程双向数据通信系统的设计 204. 宾馆客房环境检测系统 205. 智能充电器的设计与制作 206. 基于单片机的电阻炉温度控制系统设计 207. 单片机控制的PWM直流电机调速系统的设计 208. 遗传PID控制算法的研究 209. 模糊PID控制器的研究及应用 210. 楼宇自动化系统的设计与调试 211. 基于AT89C51单片机控制的双闭环直流调速系统设计212. 基于89C52的多通道采集卡的设计 213. 单片机自动找币机械手控制系统设计 214. 单片机控制PWM直流可逆调速系统设计 215. 单片机电阻炉温度控制系统设计 216. 步进电机实现的多轴运动控制系统 217. IC卡读写系统的单片机实现 218. 基于单片机的户式中央空调器温度测控系统设计 219. 基于单片机的乳粉包装称重控制系统设计 220. 18B20多路温度采集接口模块 221. 基于单片机防盗报警系统的设计 222. 基于MAX134与单片机的数字万用表设计 223. 数字式锁相环频率合成器的设计 224. 集中式干式变压器生产工艺控制器 225. 小型数字频率计的设计 226. 可编程稳压电源 227. 数字式超声波水位控制器的设计 228. 基于单片机的室温控制系统设计 229. 基于单片机的车载数字仪表的设计 230. 单片机的水温控制系统 231. 数字式人体脉搏仪的设计 232. I2C总线数据传输应用研究（硬件部分） 233. STV7697在显示驱动电路系统中的应用（软件设计）234. LED字符显示驱动电路（软件部分） 235. 智能恒压充电器设计 236. 基于单片机的定量物料自动配比系统 237. 现代发动机自诊断系统探讨 238. 基于单片机的液位检测 239. 基于单片机的水位控制系统设计 240. FFT在TMS320C54XDSP处理器上的实现 241. 基于模拟乘法器的音频数字功率设计 242. 正弦稳态电路功率的分析 243. 基于Multisim三相电路的仿真分析 244. 他励直流电动机串电阻分级启动虚拟实验 245. 并励直流电动机串电阻三级虚拟实验 246. 基于80C196MC交流调速实验系统软件的设计与开发 247. 基于VDMOS调速实验系统主电路模板的设计与开发 248. 基于Matlab的双闭环PWM直流调速虚拟实验系统 249. 基于IGBT-IPM的调速实验系统驱动模板的设计与开发 250. 基于87C196MC交流调速系统主电路软件的设计与开发 251. HEF4752为核心的交流调速系统控制电路模板的设计与开发 252. 基于87C196MC交流调速实验系统软件的设计与开发 253. 87C196MC单片机最小系统单路模板的设计与开发 254. MOSFET管型设计开关型稳压电源 255. 电子密码锁控制电路设计 256. 基于单片机的数字式温度计设计 257. 智能仪表用开关电源的设计 258. 遥控窗帘电路的设计 259. 双闭环直流晶闸管调速系统设计 260. 三路输出180W开关电源的设计 261. 多点温度数据采集系统的设计 262. 列车测速报警系统 263. PIC单片机在空调中的应用 264. 基于单片机的温度采集系统设计 265. 基于单片机89C52的啤酒发酵温控系统 266. 基于MCS-51单片机温控系统设计的电阻炉 267. 基于单片机的步进电机控制系统 268. 新颖低压万能断路器 269. 万年历可编程电子钟控电铃 270. 数字化波形发生器的设计 271. 高压脉冲开关电源 272. 基于MCS-96单片机的双向加力式电子天平 273. 语音控制小汽车控制系统设计 274. 智能型客车超载检测系统的设计 275. 热轧带钢卷取温度反馈控制器的设计 276. 直流机组电动机设计 277. 龙门刨床驱动系统的设计 278. 基于单片机的大棚温、湿度的检测系统 279. 微波自动门 280. 基于DS18B20温度传感器的数字温度计设计 281. 节能型电冰箱研究 282. 交流异步电动机变频调速设计 283. 基于单片机控制的PWM调速系统 284. 基于单片机的数字温度计的电路设计 285. 基于Atmel89系列芯片串行编程器设计 286. 基于单片机的实时时钟 287. 基于MCS-51通用开发平台设计 288. 基于MP3格式的单片机音乐播放系统 289. 基于单片机的IC卡智能水表控制系统设计 290. 基于MATLAB的FIR数字滤波器设计 291. 单片机水温控制系统 292. 110kV区域降压变电所电气系统的设计 293. ATMEIL AT89系列通用单片机编程器的设计 294. 基于单片机的金属探测器设计 295. 双闭环三相异步电动机串级调速系统 296. 基于单片机技术的自动停车器的设计 297. 单片机电器遥控器的设计 298. 自动剪板机单片机控制系统设计 299. 蓄电池性能测试仪设计 300. 电气控制线路的设计原则 301. 无线比例电机转速遥控器的设计 302. 简易数字电子称设计 303. 红外线立体声耳机设计 304. 单片机与PC串行通信设计 305. 100路数字抢答器设计 306. D类功率放大器设计 307. 铅酸蓄电池自动充电器 308. 数字温度测控仪的设计 309. 下棋定时钟设计 310. 温度测控仪设计 311. 数字频率计 312. 数字集成功率放大器整体电路设计 313. 数字电容表的设计 314. 数字冲击电流计设计 315. 数字超声波倒车测距仪设计 316. 路灯控制器 317. 扩音机的设计 318. 交直流自动量程数字电压表 319. 交通灯控制系统设计 320. 简易调频对讲机的设计 321. 峰值功率计的设计 322. 多路温度采集系统设计 323. 多点数字温度巡测仪设计 324. 电机遥控系统设计 325. 由TDA2030A构成的BTL功率放大器的设计 326. 超声波测距器设计 327. 4-15V直流电源设计 328. 家用对讲机的设计 329. 流速及转速电路的设计 330. 基于单片机的家电远程控制系统设计 331. 万年历的设计 332. 单片机与计算机USB接口通信 333. LCD数字式温度湿度测量计 334. 逆变电源设计 335. 基于单片机的电火箱调温器 336. 表面贴片技术SMT的广泛应用及前景 337. 中型电弧炉单片机控制系统设计 338. 中频淬火电气控制系统设计 339. 新型洗浴器设计 340. 新型电磁开水炉设计 341. 基于电流型逆变器的中频冶炼电气设计 342. 6KW电磁采暖炉电气设计 343. 64点温度监测与控制系统 344. 电力市场竞价软件设计 345. DS18B20温度检测控制 346. 步进电动机驱动器设计 347. 多通道数据采集记录系统 348. 单片机控制直流电动机调速系统 349. IGBT逆变电源的研究与设计 350. 软开关直流逆变电源研究与设计 351. 单片机电量测量与分析系统 352. 温湿度智能测控系统 353. 现场总线控制系统设计 354. 加热炉自动控制系统 355. 电容法构成的液位检测及控制装置 356. 基于CD4017电平显示器 357. 无线智能报警系统 358. 可编程的LED（16×64）点阵显示屏 359. 多路智力抢答器设计 360. 8×8LED点阵设计 361. 电子风压表设计 362. 智能定时闹钟设计 363. 数字音乐盒设计 364. 数字温度计设计 365. 数字定时闹钟设计 366. 数字电压表设计 367. 计算器模拟系统设计 368. 定时闹钟设计 369. 电子万年历设计 370. 电子闹钟设计 371. 单片机病房呼叫系统设计 372. 家庭智能紧急呼救系统的设计 373. 自动车库门的设计 374. 异步电动机功率因数控制系统的研究 375. 普通模拟示波器加装多功能智能装置的设计 376. 步进电机运行控制器的设计 377. 80C196MC控制的交流变频调速系统设计 378. 汽车防盗系统 379. 简易远程心电监护系统 380. 智能型充电器的电源和显示的设计 381. 电气设备的选择与校验 382. 论供电系统中短路电流及其计算 383. 论工厂的电气照明 384. 论无线通信技术热点及发展趋势 385. 浅论10KV供电系统的继电保护的设计方案 386. 试论供电系统中的导体和电器的选择 387. 大棚仓库温湿度自动控制系统 388. 自行车车速报警系统 389. 智能饮水机控制系统 390. 基于单片机的数字电压表设计 391. 多用定时器的电路设计与制作 392. 智能编码电控锁设计 393. 串联稳压电源的设计 394. 红外恒温控制器的设计与制作 395. 自行车里程,速度计的设计 396. 等精度频率计的设计 397. 浮点数运算FPGA实现 398. 人体健康监测系统设计 399. 基于单片机的音乐喷泉控制系统设计 400. 基于LabVIEW的虚拟频谱分析仪的研究与设计 401. 感应式门铃的设计与制作 402. 电子秤设计与制作 403. 电动车三段式充电器 404. SB140肖特基二极管制造与检测 405. SMT技术 406. 基于单片机的温度测量系统的设计 407. 龙门刨床的可逆直流调速系统的设计 408. 公交车站自动报站器的设计 409. 单片机波形记录器的设计 410. 音频信号分析仪 411. 基于单片机的机械通风控制器设计

锅炉温度控制策略的应用研究 摘要:针对锅炉汽温控制的特点,设计了过热汽温串级模糊控制系统,介绍了系统的构成、原理 及该系统的优越性,并利用MATLAB仿真软件进行了仿真分析。 关键词:汽温;串级模糊控制;系统仿真 0 引言 过热蒸汽温度是衡量锅炉能否正常运行的重要 指标。假如过热蒸汽温度过高,若超过了设备部件 (如过热器管、蒸气管道、阀门、汽轮机的喷嘴、叶片 等)的允许工作温度,将使钢材加速蠕变,从而降低 使用寿命。严重的超温甚至会使管子过热而爆破。 可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分损 坏。过热蒸汽温度过低,会引起热耗上升,引起汽轮 机末级蒸汽湿度增加,从而降低汽轮机的内效率,加 剧对叶片的侵蚀。因此在锅炉运行中,必须保持过 热汽温稳定在规定值附近。通常允许变化范围为额 定值±5℃。目前对锅炉过热汽温调节大都采用导 前汽温的微分作为补充信号的系统。其系统原理如 图1所示。 系统针对过热汽温调节对象调节通道惯性延迟 大、被调量反馈慢的特点,从对象调节通道找出一个 比被调量反应快的中间信号θ1作为调节器的补充 信号,以改善对象调节通道的动态特性。动态时调 节器根据θ1的微分和θ2这两个信号而动作。但在 静态时(调节过程结束后)θ1不再变化,则dθ1/dt= 0,这时过热器汽温必然恢复到给定值。实际使用 中,中间信号θ1的引入在一定程度上确实改善了控 制系统的动态特性,但是,影响蒸汽温度的因素很 多,除减温水流量的扰动外,负荷的变化,工况的不 稳定,过剩空气系数等都会导致蒸汽θ2温度发生波 动。这些波动是无法预知的,无法用精确的数学模 型来描述。由于模糊控制不依赖被控对象的精确数 学模型,它主要是根据人的思维方式,总结人的操作 经验,完成控制作用,特别适合于大滞后、时变、非线 性场合,因此该文提出一种锅炉过热气温的串级模 糊控制系统。 1 控制方案的研究设计 串级调节系统是改善大惯性、纯滞后系统调节 质量的最有效方法之一,所以设计的控制方案采用 串级模糊控制,其控制系统如图2所示。 图2中F为减温水流量调节阀。P为副调节 器,采用比例调节;FC为主调节器,采用混合模糊控 制器,即一个二维模糊控制器和常规PI调节器并联 而成,除能够尽快消除副环外的扰动之外还可以校 正汽温偏差,保证汽温控制的精度。 汽温调节对象由减温器和过热器组成,减温水 流量Wj为对象调节通道的输入信号,过热器出口汽 温θ2为输出信号。为了改善调节品质,系统中采用 减温器出口处汽温θ1作为辅助调节信号(称为导前 汽温信号)。当调节机构动作(喷水量变化)后,导 前汽温信号θ1的反应显然要比被调量信号θ2早很 多。由于从调节对象中引出了θ1信号,对象调节通 道的动态特性可以看成由两部分构成:①以减温水 流量Wj作为输入信号,减温器出口处温度θ1作为 输出信号的通道,这部分调节通道称为导前区,传递 函数为G01(s);②以减温器出口处汽温θ1作为输入 信号,过热器出口汽温θ2为输出信号的通道,这部 分调节通道称为惰性区,传递函数为G02(s),显然 导前区G01(s)的延迟和惯性要比惰性区G02(s)小 很多。系统结构如图3所示。 图3中有两个闭合的调节回路:①由对象调节 通道的惰性区G02(s)、副控制器Gc2(s)、副检测变送 器Gm2(s)组成的副调节回路;②由对象调节的导前 区G01(s)、主控制器(PI+混合模糊控制器)、主检 测变送器Gm1(s)以及副调节回路组成的主回路。 引入θ1负反馈而构成的副回路起到了稳定θ1的作 用,从而使过热汽温保持基本不变,因此可以认为副 回路起着粗调过热汽温θ2的作用。而过热汽温的 给定值,主要由主控制器(PI+混合模糊控制器)来 严格保持。只要θ2不等于给定值,主控制器就会不 断改变其输出信号σ2,并通过副调节器去不断改变 减温水流量,直到θ2恢复到等于给定值为止。可 见,主调节器的输出信号σ2相当于副调节器的可变 给定值。稳态时,过热汽温等于给定值,而导前汽温 θ1则不一定等于主调节器输出值σ2。 当扰动发生在副回路内,例如当减温水流量发 生自发性波动(可能是减温水压力或蒸汽压力改 变),由于有副回路的存在,而且导前区的惯性又很 小,副调节器将能及时动作,快速消除其自发性波 动,从而使过热汽温基本不变。当扰动发生在副回 路以外,引起过热汽温偏离给定值时,串级系统首先 由主调节器(PI+混合模糊控制器)迅速改变其输 出校正信号σ2,通过副调节回路去改变减温水流 量,使过热汽温恢复到给定值。由于主调节器(PI+ 混合模糊控制器)的惯性迟延小,故反应迅速。 因此在串级模糊蒸汽温度控制系统中,副回路 的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他 进入副回路的各种扰动,对过热汽温的稳定起粗调 作用。主调节器的任务是保持过热汽温等于给定 值。系统在主控制器的设计上将模糊控制与常规的 PI调节器相结合,使控制系统既具有模糊控制响应 快、适应性强的优点,又具有PI控制精度高的特点。 2 模糊控制器的设计 模糊控制是一种基于规则的控制,在设计中不 需要建立被控对象的精确的数学模型。 模糊控制器的结构设计 该系统以过热蒸汽的实际温度T与设定值Td 之间的误差E=Td-T和误差变化DE作为输入语 言变量,系统控制值U为输出语言变量,构成一个 二维模糊控制器。其结构如图4所示。 Ku为模糊控制器比例因子,Ke,Kec为量化因子。 Ke:在输入量化等级确定之后,算法中改变误差 输入论域大小即改变了Ke的值,Ke增大,相当于缩 小误差的基本论域,起增大误差变量的控制作用。 若Ke选择较大,则上升时间变短,但会使系统产生 较大超调,从而过渡过程变长;Ke很小,则系统上升 较慢,快速性差。同时它还直接影响模糊控制系统 的稳态品质。 Kec:Kec选择较大时,超调量减小,但系统的响应 速度变慢,Kec对超调的抑制作用十分明显。但在 Ke,Kec和Ku中,系统对Kec的变化最不敏感,一般Kec 可调整范围较宽,其鲁棒性较好,给实际调试带来很 大方便。 Ku:比例因子Ku实质上是模糊控制器总的增益, 它的大小对系统输出的影响较大。Ku增大,系统超 调量随之增大,动态过程加快;反之,Ku减小,系统超 调量减小,动态过程变慢;Ku选择过大将会导致系统 震荡。由于Ku的敏感性,故可调范围较小。 模糊控制器可调参数Ke,Kec和Ku对系统性能 的影响各不相同,改变这3个参数可使控制器适用 于不同系统的性能要求。 模糊概念的确定及模糊化过程 对输入变量E进行模糊化,选择语言集为{负 大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小 (PS),正中(PM),正大(PB)},模糊论域选择如下 [-n,-n-1,…,-1,0,1,…, n-1, n],E的实际 变化范围为[-x,x],则量化因子为Ke=n /x。对偏 差变化率DE进行模糊化,选择合适的模糊论域和 偏差变化率范围,同理可以计算出相应的模糊量化 因子Kec,在这里为了方便起见,选择偏差e、偏差变 化率DE具有相同模糊论域。 对于输出量U,调节范围为[-R,R],语言集为 {负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小 (PS),正中(PM),正大(PB)},模糊论域选择为[- m,-m-1,…,-1,0,1,…,m-1,m ],输出比例 因子为Ku=R /m。 在设计过程中,选取各变量的模糊论域,E= {-3,-2,-1,0,1,2,3};DE={-3,-2,-1,0,1, 2,3};U={-3,-2,-1,0,1,2,3},输入量E,DE 及输出量U模糊集的隶属函数选择为三角形,如图 5所示。 模糊规则的确定 模糊决策一般都采用“选择从属度大”的规则, 在过热蒸汽温度调节过程中,当系统的偏差较大时, 系统的快速性为主要矛盾,系统的稳定性控制精度 却是次要的,这时应使系统快速减小偏差;而当系统 偏差较小时,则要求以保证系统的稳定性及控制精 度为主。因而模糊控制规律应遵循:过热汽温上升 速度快,汽温偏高,则汽温的控制量应向下浮动;过 热汽温下降速度快,汽温偏低,则汽温的控制量应向 上浮动。因此采用的模糊控制器的模糊控制规则具 有以下的形式: if {E=AiandDE=Bi}thenU=Ci, i=1, 2,...,n 其中Ai, Bi以及Ci分别为E, EC、和U的模糊子 集。控制规则的多少可视输入输出物理量数目及所 需的控制精度而定。由于模糊控制器采用两个输入 E, EC,每个输入分为7级共有49条规则。 按模糊数学推理法则选则表1所示控制规则。 逆模糊化过程 文中采用的模糊推理方式是常用的Mamdani 的Min-Max-COA法,即前项取小,多规则取大合 成结论,然后取重心得出非模糊化结论的算法。在 上述规则中,Ai,Bi, Ci分别为论域E,DE,U的模糊 子集,根据上述规则可推出模糊关系Ri=ExDE,这 里采用的最小运算规则,在按最大—最小合成(max -min composition)推理算法求得控制器输出的模糊 子集为U=(ExDE)·Ri,其中“·”为合成运算,非 模糊化后的结论即为输出U的修正值。逆模糊化 方法采用重心平均法(centroid of area)。 3 系统仿真 为了说明串级模糊控制系统在锅炉过热蒸汽温 度的控制上有更好的调节效果,分别搭建具有导前 微分信号控制系统和串级模糊控制系统的仿真框 图。在保持相同输入信号条件下设置两系统被控对 象为相同的参数,以利于比较。 考虑到在实际应用中,各种随机扰动的影响及 过程的复杂性,被控对象有着大惯性、纯滞后的特 性,设系统的主副被控对象的数学模型分别为: 两系统仿真方框图搭建分别如图6、图7所示; 过热汽温响应曲线分别如图8、图9所示。 从仿真曲线可以很清楚的看到:串级模糊控制 系统应用在锅炉过热蒸汽温度控制上能够获得比具 有导前微分信号控制系统更好的调节效果。具有导 前微分信号的控制系统仿真曲线有振荡,有超调,动 态过渡时间长,误差大。而串级模糊控制系统仿真 曲线基本无振荡,无超调,动态过渡时间短,误差小, 有较好的控制品质。 根据现场锅炉运行情况,为了能 更好地说明问题,在保持两个系统中 各调节器、控制器参数不变的情况下, 同时改变两个系统的被控对象的参 数。 W02=e-5s12s+1 观察仿真曲线,如图10、图11所 示。 由于被控对象在电厂中各种设备复杂的运行环 境下,一直处于波动状态,改变主被控对象参数后而 其他参数保持不变时,具有导前微分信号的控制系