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锅炉汽包水位模糊控制在DCS中的应用研究 作者：田洋硕 魏强 吕永明 田思庆 单位：佳木斯大学信息电子学院 摘要： 针对火电厂锅炉汽包水位控制系统的特点，设计了汽包水位模糊控制系统。同时制定了锅炉DCS控制系统配置方案，设计了锅炉水系统DCS组态图，并对本设计的主要功能做了简要的阐述。 关键字 ：锅炉汽包水位；模糊控制 ；DCS Study on the application of the boiler drum water level fuzzy control in DCS TIAN Yang-shuo ，WEI-Qiang ，LV Yong-ming ，TIAN Si-qing (Jiamusi University，Jiamusi 154007，china) Abstract: According to the characteristic of control system of boiler drum level, the design of the drum water level fuzzy control system. At the same time made boiler DCS control system configuration schemes, the design of the boiler water system DCS configuration diagram, and the main function of this design are briefly discussed Keywords: Boiler drum water level ; cascade fuzzy control; DCS technology 1引言 2火电厂锅炉的模糊PID控制系统 2.1汽包水位的数学模型 锅炉汽包水位运行系统，如图 1 所示。 图1火电厂锅炉结构示意图 从图1中可以看出是给水流量的变化和蒸汽流量的变化对汽包水位的变化影响非常大。 保持蒸汽量不发生不变，仅仅改变供水量，则汽包水位控制对象方程可以写成： （1） 式中：—汽包水位的高度；给水流量的时间常数； —给水流量的放大系数；，-时间常数； 对（1）式进行拉氏变换，简化后的传递函数为： （2） 保持给水量不发生改变，单一的改变蒸汽流量，汽包水位控制对象方程可以写成： （3） 式中，：蒸汽流量的时间常数；：蒸汽流量的放大系数；：蒸汽流量变化量相对于最大蒸汽流量的比值，简化的传递函数为： (4) —给水流量变化量相对于最大蒸汽流量的标定值[1]。 2.2 模糊控制器的设计 Fuzzy-PID控制技术是随着计算机技术发展而产生的，人们将操作人员的经验转换为知识库存放在计算机中，这样系统就能根据现场的实际情况来自行调整PID参数以满足现场系统运行的实际要求。这种控制系统结合了古典的 PID 控制与新兴的模糊控制方式，它具有模糊控制鲁棒性强、动态响应好、上升时间快、超调时间小的特点，又具备了PID 控制器的动态跟踪品质和稳态精度高的特点，实现系统的最佳控制。本系统在锅炉汽包水位的 PID 控制系统引入模糊控制器，于是可以得到 Fuzzy-PID 控制系统[2]。 图2锅炉水位模糊控制系统结构图 （1）在设计锅炉汽包水位的模糊控制器时，采用了最常使用的二维模糊控制器，设定两个输入变量和一个输出变量，其中一个输入变量是给定水位和实际水位的偏差，另一个输入变量是偏差的变化率，即：， 。其中表示实际水位和给定水位的偏差，代表锅炉汽包中的实际水位，而代表锅炉汽包的设定水位。当汽包中实际水位高于工作人员给定的水位时，偏差的大小是“正”。在系统中，实际水位比设定水位高得越多，则偏差正得越大。反之，锅炉中实际水位低于系统事先给定水位时，偏差为“负”。实际水位比设定水位低得越多，则偏差就负得越大。表示水位偏差的变化的快慢，当时刻的水位偏差高于（）时刻的水位偏差，说明水位偏差变化在加快，水位偏差变化越来越快。相反，当时刻的水位偏差低于()时刻的水位偏差时，水位偏差变化越来越慢。本设计将阀门开度的变化作为模糊控制器的输出量，它对锅炉汽包实际水位的值影响比较大。输出控制量对应阀门开度变化量，阀门开大的趋势时，的值为“正”，表示供水系统向锅炉汽包中的供水量加大；反之，则阀门开度有减小趋势时，的值为“负”，表示供水系统向锅炉汽包水位中注水量减少。（2）输入变量及输出变量的模糊化：设计模糊控制系统，要把被控系统的输入变量和输出变量转换为模糊语言变量的模糊子集。本系统设输入偏差和偏差变化率分别使用模