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工业锅炉水位控制系统的研究

作　者: 刘晓宁
导　师: 杨卫国；邵琦
学　校: 东北大学
专　业: 控制工程
关键词: 工业锅炉 水位 PID控制 模糊控制 MATLAB
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


锅炉是发电、化工、炼油、造纸和制糖等工业部门不可缺少的动力设备。因此,锅炉的自动控制对确保安全、稳定生产是十分重要的。目前,在我国尚有部分中小企业锅炉仍采用仪表和继电器控制,已无法满足生产需求。因此,对锅炉控制系统采用先进的控制技术,不仅能够保证安全生产,而且能够节能增效,具有广阔的市场空问和投资前景。由于锅炉是一个非线性、参数不稳定、难以建立精确数学模型的被控对象,其建模与控制问题一直是人们关注的焦点。而汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标。控制汽包水位在给定范围内,对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个系统安全运行具有重要意义。目前,对汽包水位的控制大多采用常规PID控制,在获取被控对象数学模型的基础上,适当地调整PID的三个参数来达到控制要求。由于锅炉汽包水位系统具有较复杂的动态特性,其精确的数学模型往往无法获得；而且常规PID控制的参数是固定不变的,难以适应各种扰动及被控对象的变化,其控制效果很不理想。模糊控制是建立在人工经验基础之上的,它能将熟练操作员的实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,得到定性的、不精确的控制规则,不需要被控对象的数学模型。由于模糊控制器具有不依赖对象的数学模型,适应能力强的突出优点,本文提出了将模糊控制和PID控制相结合的方法,对工业锅炉汽包水位的模型做了仿真研究。文中对锅炉汽包水位的动态特性和常用的控制算法进行了详细分析,根据锅炉控制现状,提出了基于模糊推理的PID控制规则,设计了以误差和误差变化率为输入,PID控制器的Kp, Ki, Kd为输出的二输入三输出模糊自整定PID控制器对汽包水位进行控制,克服了传统控制方式的控制效果不精确和参数难以调整等缺点,实现了PID参数的自适应调节并利用MATLAB对控制系统进行仿真。结果表明,该控制器自整定能力及鲁棒性比传统PID控制器更强,响应速度快、精度高,同时对虚假水位有较好的控制效果。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 选题的背景和意义  10-11
  1.2 工业锅炉汽包水位控制系统的发展及研究现状  11-14
    1.2.1 工业锅炉控制系统的发展和现状  11-12
    1.2.2 工业锅炉汽包水位控制的发展和现状  12-14
  1.3 本文研究的主要内容  14-16
第2章 锅炉的工艺流程及汽包水位的动态特性分析  16-28
  2.1 工业锅炉的工艺流程简介  16-17
  2.2 锅炉自动控制系统的任务  17-19
  2.3 汽包水位的动态特性的分析  19-27
    2.3.1 锅炉汽包水位对象的动态特性分析  20-21
    2.3.2 汽包水位在给水流量作用下的动态特性  21-23
    2.3.3 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性  23-26
    2.3.4 汽包水位控制方式  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 控制算法理论基础  28-50
  3.1 PID控制的理论基础  28-37
    3.1.1 PID控制器简介  28-29
    3.1.2 PID控制器的基本原理和控制算法  29-35
    3.1.3 PID控制器的参数整定  35-37
  3.2 模糊控制的基本理论  37-45
    3.2.1 基本概念  37-40
    3.2.2 模糊控制器的工作原理  40-44
    3.2.3 模糊控制器的优缺点  44-45
  3.3 模糊PID控制器  45-48
    3.3.1 模糊PID控制器的基本形式  45-47
    3.3.2 模糊PID控制器的设计步骤  47-48
  3.4 本章小结  48-50
第4章 汽包水位模糊自整定PID控制器设计  50-66
  4.1 输入输出变量  50-51
  4.2 隶属函数  51-54
  4.3 模糊规则表  54-58
  4.4 合成推理算法  58-61
  4.5 模糊控制表  61-63
  4.6 参数的自整定算法  63-64
  4.7 本章小结  64-66
第5章 MATLAB仿真研究  66-76
  5.1 MATLAB仿真环境  66-67
  5.2 流程图  67
  5.3 模糊逻辑控制器模块的建立  67-70
  5.4 系统仿真模型的建立  70-71
  5.5 模糊自整定PID控制与常规PID控制仿真比较  71-75
    5.5.1 无扰动作用时  72-73
    5.5.2 加入蒸汽流量扰动时  73
    5.5.3 加入给水扰动时  73-74
    5.5.4 时间常数改变时  74-75
  5.6 本章小结  75-76
第6章 结束语  76-78
参考文献  78-80
致谢  80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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