鍋爐中模糊控制的應用論文

1、鍋爐中模糊控制的應用論文 摘要:目前,我國現(xiàn)有很多工業(yè)和民用中小型鍋爐,其中大部分自動控制水平很低,存在燃燒不徹底、排煙氧含量偏高、排煙熱損失大等問題,直接造成了鍋爐熱效率低下和大量能源的浪費,同時也給環(huán)境帶來很大的污染,所以實現(xiàn)鍋爐的計算機控制具有重要的意義。采用西門子300PLC為開發(fā)平臺,設計模糊自整定PID控制器應用于工業(yè)鍋爐控制系統(tǒng)克服了鍋爐控制系統(tǒng)的大慣性、非線性等特點,并結合PID控制穩(wěn)態(tài)精度高的特點,使控制系統(tǒng)有良好的控制效果。在研究模糊控制與傳統(tǒng)PID控制相結合的基礎上,以工業(yè)鍋爐為對象,設計了一套完善、實用的自動控制系統(tǒng)。 關鍵詞:模糊控制;PID;自整定;鍋爐;PLC 1

2、控制系統(tǒng)方案設計將鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)作為主要研究內(nèi)容,汽包水位是鍋爐運行代寫論文中的一個重要參數(shù),它體現(xiàn)出鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量和給水量之間的動態(tài)平衡關系,是鍋爐安全運行的重要條件。汽包水位高會使過熱器的受熱面結垢而被燒壞;而汽包水位過低則會破壞汽水循環(huán),造成水冷壁管供水不足而被燒毀,甚至引起鍋爐爆炸。鍋爐水位自動控制的任務就是控制給水流量,使其適應蒸發(fā)量的變化,維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。將模糊控制算法引入該系統(tǒng),利用模糊控制易于實現(xiàn)對復雜對象控制的特點,將有經(jīng)驗的操作人員和專家的控制經(jīng)驗應用于控制過程,根據(jù)人工控制規(guī)則組織控制決策表,然后由該表決定PID參數(shù)的輸出值,與傳統(tǒng)的PID控制相結合,

3、根據(jù)鍋爐汽包水位運行過程中出現(xiàn)的不同狀態(tài)和擾動,在線實時的對PID參數(shù)整定,使系統(tǒng)運行中保持合適的瞬態(tài)參數(shù),易于維持汽包水位在設定值。針對鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)特點,將蒸汽流量作前饋信號和給水流量作控制信號,設計了三沖量控制系統(tǒng)。1.1鍋爐汽包水位的三沖量控制方式。汽包水位采用三沖量控制,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)。1.2系統(tǒng)硬件配置。控制器主要由PLC構成,采用西門子300PLC為開發(fā)平臺。輸入輸出系統(tǒng)采用分布式I/O(ET200M),通過輸入輸出模塊將現(xiàn)場采集的信號送入到PLC控制器。 2模糊自整定PID控制器設計2.1設計原理。模糊自整定P

4、ID控制算法是在PID算法的基礎上,以誤差e和誤差變化量ec作為模糊控制器的輸入量,以滿足不同e和ec對控制器參數(shù)的不同要求,根據(jù)模糊合成推理設計PID參數(shù)的模糊矩陣表。在鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中,輸入變量選擇為汽包水位的偏差值。和偏差值的變化量ec,輸出變量選擇為PID參數(shù)的校正值,即kp,ki和kdd。在模糊自整定PID控制器中,采用的是二維模糊控制器。2.2模糊控制器設計過程的四個步驟2.2.1構造系統(tǒng)結構,根據(jù)采樣得到的系統(tǒng)輸出值,計算所選擇的系統(tǒng)的輸入變量。該步驟所完成的工作就是確定模糊控制器的輸入量和輸出量。2.2.2“模糊化”,即實現(xiàn)輸入量或輸出量的模糊化,通過量化因子和比例因子將

5、精確量變化的范圍(基本論域)模糊化成在模糊集論域范圍內(nèi)。我們可以把精確量用“正大”“、正中”“、負中”“、負小”等模糊語言來分成數(shù)個檔。這些檔的大小關系我們就用在模糊論域上的模糊子集來表示。而模糊子集的大小就和隸屬函數(shù)有關,隸屬函數(shù)通常采用:三角形隸屬函數(shù)、正態(tài)分布隸屬函數(shù)和梯形隸屬函數(shù)等。不同的隸屬函數(shù)代表著不同的系統(tǒng)特性,我們一般在系統(tǒng)誤差較大時采用具有低分辨率隸屬函數(shù),而在系統(tǒng)誤差較小時采用具有高分辨率的隸屬函數(shù)。2.2.3模糊控制表的運算合成,有了前兩個步驟的工作,得到輸入量和輸出量的模糊數(shù),結合操作經(jīng)驗或數(shù)據(jù),我們就可以將輸入量和控制量的模糊數(shù)安排到由一系列的if-then控制規(guī)則組

6、成的集合中,利用這些規(guī)則信息,采用極大極小值合成法或其他合成算法,我們就可以合成得到控制表。該控制表儲存于計算機中,供程序查詢輸出。2.2.4查詢輸出和輸出量精確化,計算機控制程序通過查詢該控制表,即可以找到對應于某模糊數(shù)輸入量的控制量模糊數(shù),再通過輸出量比例因子將模糊輸出控制量轉換成進行控制量的精確化輸出,這實際上是在一個輸出范圍內(nèi),找到一個被認為最具有代表性的、可直接驅動控制裝置的確切的輸出控制值。2.3模糊自整定PID控制算法在PLC中編程實現(xiàn)。模糊自整定PID控制算法在西門子300PLC上采用語句表編程方式編程實現(xiàn)。采集誤差信號和誤差變化量信號,將其模糊化到語言變量的論域,采用離線計算

7、的方式將模糊規(guī)則制成模糊查詢表,通過在線的方式查詢模糊控制量輸出,最后將PID參數(shù)校正值與基準值相加,獲得PID參數(shù)瞬時值,最后進行PID運算,計算得控制量到控制對象執(zhí)行器。在PLC中,使用FB功能塊和DB數(shù)據(jù)塊來實現(xiàn)模糊控制算法。首先離線計算好模糊關系查詢表,把比例因子值、誤差的上下限值和模糊關系查詢表R送到DB數(shù)據(jù)塊中存儲起來。在DB數(shù)據(jù)塊中,模糊關系R要按傾序排放,即按順序先輸入第一列,再輸入第二列,第三列,然后在FB功能塊中完成計算查詢表功能。值得注意的是,在這里采用取整將E單點模糊化,然后,由模糊化子集和模糊關系風求出模糊決策。在程序里,這部分使用比較指令和循環(huán)嵌套來完成。最后,用最

8、大隸屬度法,由模糊決策求出kp,ki,kd,再進行PID增量式運算得輸出控制量。 3結論根據(jù)鍋爐控制系統(tǒng)的特點,分析了鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的控制任務及控制目標,針對工業(yè)過程中出現(xiàn)的非線性、大滯后、強耦合、難于控制的工業(yè)鍋爐控制對象的特點,在傳統(tǒng)PID控制器難以達到理想控制效果的前提下,結合當前發(fā)展比較迅速的模糊控制理論,使用模糊控制理論和PID相結合的控制器來改造原有的ID控制方式,結合PID控制中穩(wěn)態(tài)精度高的優(yōu)點,設計了模糊自整定PID控制器,實現(xiàn)了PID參數(shù)的在線自整定,使系統(tǒng)保持最優(yōu)的瞬態(tài)參數(shù),使模糊控制與PID控制有機的結合起來,易于達到滿意的控制效果。 參考文獻 1李友善.自動控制原理(第三版)M.北京,國防工業(yè)出版社,2005. 2孫優(yōu)賢,邵惠鶴.工業(yè)過程控制技術(應用篇X精)M.北京:化學工業(yè)出版社,2006. 3蔡建軍等.基于PLC和變頻調速的供暖鍋爐控制系統(tǒng)設計J.儀器儀表用戶,2004(2). 4劉曙光,魏俊民,竺志超著.模糊控制技術M.北京:中國紡織出版社,2001. 5TimothyJ.Ross.模糊邏輯及其工程應用M.北京:電子工業(yè)出版社,2001. 6西門子(中國)有限公司,西門子S