模糊控制在鍋爐中的應用

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1、模糊控制在鍋爐中的應用摘要: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(jié)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(jié)合的基礎(chǔ)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(guān)鍵詞:模糊

2、控制;PID;自整定;鍋爐;PLC1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(guān)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(jié)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

3、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(jié)合,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(gòu)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(E

4、T200M),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PID控制算法是在PID算法的基礎(chǔ)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(gòu)造系統(tǒng)結(jié)構(gòu),根據(jù)采樣得到

5、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(guān)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(guān),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

6、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(jié)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(zhuǎn)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

7、到一個被認為最具有代表性的、可直接驅(qū)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(guān)系查詢表,把比例因子值、誤差的上下限值和模糊

8、關(guān)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(guān)系R要按傾序排放,即按順序先輸入第一列,再輸入第