基于模糊PID算法的锅炉液位控制设计毕业论文.doc

基于模糊PID算法的锅炉液位控制设计毕业论文 目 录 摘 要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1.1来源背景 1 1.2主要研究目标 1 1.3研究的主要内容 1 1.4研究的方法 2 1.5研究应用价值、改进及创新 2 第二章 工业锅炉的理论基础 3 2.1锅炉的控制要求与流程 3 2.2锅炉设备控制系统 4 2.3锅炉液位控制系统的重要性 5 第三章 锅炉汽泡液位的控制系统的设计 6 3.1锅炉汽泡液位的基本特性 6 3.1.1汽泡液位在给水扰动下的动态特性 6 3.1.2汽泡液位在蒸汽扰动下的动态特性 7 3.1.3汽泡液位在燃料量扰动下的动态特性 8 3.2锅炉汽泡液位控制系统 9 3.21锅炉汽泡液位控制系统控制方案的选择 9 3.22汽泡液位的串级三冲量PID控制系统 13 第四章 PID控制系统 15 4.1PID原理 15 4.2 PID控制系统的仿真 17 第五章 模糊PID控制系统 20 5.1 模糊控制的产生与发展 20 5.2模糊控制的基本原理 20 5.2.1模糊控制系统组成 20 5.2.2模糊控制器的基本结构 21 5.3模糊PID控制器 26 5.4模糊PID控制系统设计 27 5.5三冲量模糊PID控制与传统PID控制仿真结果比较 36 结论 40 参考文献 41 谢 辞 42 附 录 44 第一章 绪论 1.1来源背景 锅炉是我们在生产和生活中的能量设备，同时在生产和生活中都起很重要的作用。而锅炉汽泡液位在锅炉正常工作过程中的及其重要，汽泡液位过高，会影响汽泡内汽水分离的效果，使汽泡出口的饱和蒸汽带水增多，蒸汽带水会使汽轮机产生水冲击，引起轴封破损、叶片断裂等事故。也会使饱和的蒸汽中含盐量增高，降低蒸汽品质，增加结垢。液位过低，可能破坏环锅炉汽水自然循环系统中某些比较薄弱的环节，可能导致水冷管壁被烧坏，甚至会造成爆炸事故。因此维持汽泡液位在给定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件，也是其正常运行的主要指标。但是随着工业锅炉容量的增加，锅炉汽泡液位变化速度愈来愈快，人工操作难以达到要求，因此对汽泡液位实现自动调节提出了迫切的要求。 由于锅炉汽泡液位经常受到负荷变化、进水速度、水质等许多因素的影响,呈典型的时变、非线性特点,采用常规的PID控制往往不能得到理想的控制效果。因此,必须采取特殊的控制策略针提高系统的抗干扰能力,使控制效果明显改善,保证汽泡液位能够保持稳定。 PID控制本身具有结构简单、特性直观、调试使用方便等优点,但由于PID受其控制参数整定的限制,对于非线性、大滞后系统难以达到满意的控制效果。相反，模糊控制是模拟人类逻辑思维能力,不依赖被控对象的精确数学模型,只需提供专业技术人员的经验知识及操作数据,对复杂系统有着良好的控制效果。因此,结合上述两种控制方法,设计出模糊PID控制器,可实现对PID控制参数的调整,对复杂汽泡液位系统有较强的适应性,本设计借助MATLAB/Simulink直观便捷的构建复杂系统模型的能力对锅炉汽泡液位的控制进行仿真实验。 1.2主要研究目标 1）基于系统因素，建立SIMULINK系统框图； 2）基于MATLAB设计模糊控制器； 3）完成控制系统的仿真及两种仿真的对比； 1.3研究的主要内容 （1）研究工业锅炉汽泡液位控制的基本要素，建立基本系统框图，比较多种锅炉液泡液位控制方法的优缺点，采用最佳系统方案：串级三冲量控制系统 （2）建立系统的基本数学模型。 （3）研究传统的控制方法，设计模糊PID控制器。 （4）将模糊控制器加入到系统中，进行系统最终的设计 （5）进行MATLAB/SIMULINK仿真及仿真对比。 1.4研究的方法 根据工业锅炉汽泡液位控制系统的特点，建立其数学模型，研究传统的控制方法，设计模糊PID控制器，在SIMULIMK中搭建系统结构模型，调整参数，完成仿真 1.5研究应用价值、改进及创新 随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时延的特点，应用常规的控制手段难以达到理想的控制效果，研究对非线性、时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义。 并且工业锅炉燃烧过程有许多被控量和控制变量，这些变量间存在很强的耦合，并且互相关联。要对其建立一个精确地数学模型相当苦难。传统的PID控制方案在锅炉液位的自动调节中通常都是单个变量的独立控制回路，虽然PID控制器的控制精度可以很高，但对于多变量且具有强耦合性的时变系统表现出很大的局限性。并且汽泡液位过高会导致蒸汽带水进入过热器并在过热管内结垢，影响传热效率，严重的引起过热器爆管；液位过低又将破坏部分水冷壁的水循环