火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真毕业设计

毕 业 设 计（论 文）题 目： 火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真 学士学位论文 目录 I目 录摘要 .IIIAbstract .IV第 1 章 绪论 .51.1 智能控制的提出 .51.2 智能控制的内容 .51.3 智能控制的发展 .51.4 智能控制的优越性 .51.5 智能控制的应用 .61.6 本章小结 .6第 2 章 锅炉水位系统 .72.1 锅炉概述 .72.2 锅炉控制系统 .72.2.1 锅炉控制系统的任务 .72.2.2 锅炉给水控制系统 .72.3 锅炉汽包水位调节系统 .82.3.1 锅炉给水调节任务 .82.3.2 汽包水位的控制系统 .92.4 本章小结 .9第 3 章 模糊控制 .103.1 模糊控制的概念 .103.1.1 模糊控制系统原理 .103.1.2 模糊控制系统结构 .123.2 模糊控制器的设计 .123.2.1 模糊控制规则 .133.2.2 隶属函数 .133.2.3 反模糊化 .133.3 模糊控制在锅炉系统中的应用 .143.4 本章小结 .14学士学位论文 目录II第 4 章 传统 PID 以及模糊控制在水位控制中的应用 .154.1 PID 控制系统 .154.2 传统 PID 锅炉水位控制系统 .154.3 MATLAB 简介 .164.4 传统 PID 水位控制仿真 .164.5 模糊水位控制系统 .184.5.1 模糊控制规则设定 .194.5.2 模糊控制仿真 .244.5 本章小结 .25第 5 章 结论 .26参考文献 .27学士学位论文 摘要 III火电厂锅炉汽包水位的智能控制仿真摘 要由于近年来科学技术的迅猛发展，火电厂锅炉汽包水位的 PID 控制系统以及满足不了当前的生产需要，所以研究新的控制系统已是迫在眉睫。本文主要介绍了智能控制原理和其对火电站锅炉汽包水位智能控制进行分析仿真。并且侧重说明了模糊控制技术在火电厂锅炉汽包液位智能控制系统中的应用,介绍了模糊控制器以及控制器的设计过程，通过计算机设计与仿真的实现预期目标。利用 MATLAB 软件里面的模糊控制工具箱和 SIMULINK 仿真工具来进行仿真实验，由此来说明理论的成立，本设计的控制器具备模糊控制器优良的动态性能，而且能够有效地避免模糊控制器的静态性能差的缺点。为汽包水位控制系统提供一种有效的控制方法，其具有结构相对简单，参数可调整方便，便捷快捷的特点而被广泛应用。关键词: 锅炉汽包水位测量；PID 控制；模糊控制学士学位论文 AbstractIVSimulation of intelligent control on boiler drum water level measurementAbstractAs in recent years the rapid development of science and technology, thermal power plant boiler drum level PID control system and can not satisfy the production need. Therefore, the study of the new control system is imminent.This paper mainly introduces the principle of intelligent control and the intelligent control of boiler drum level in power station. And emphasized the fuzzy control technology in thermal power plant boiler drum water level intelligent control system in the application, the fuzzy controller and the design process of the controller are introduced. Through the computer design and simulation to achieve the expected goal.Using matlab fuzzy control toolbox and Simulink simulation tools were used in the simulation experiment, thus to illustrate the theory established, the design of the controller with fuzzy controller has excellent dynamic performance, and can effectively avoid the shortcomings of fuzzy controller of static performance is poor. It can provide an effective control method for the drum water level control system, which has the advantages of relatively simple structure, easy adjustment and convenient, and is widely used in the characteristics of the drum level control system.Key words: boiler drum water level measurement；PID control；fuzzy control学士学位论文 第 1 章 绪论 5第 1章 绪论1.1 智能控制的提出传统的控制方法有两种，其分别是现代控制方法以及经典控制方法，这两种控制方法都是取决于被控对象精确模型的控制方法，其缺点也是显而易见的，主要是缺少应变能力以及灵活性，这样的控制方法对于解决线性时不变性这一类相对简单的控制方式的问题比较好。以前的智能控制指的是某一种控制方式，或者说是某一种控制系统，假设它能够实现被控制对象，或者过程和环境具有的比较高的复杂性以及不定性，而且可以实现控制目的的控制方式，那么我们就称上述的这种控制方式为智能控制方式，其控制系统也就称为智能控制系统。在实际的生产作业中，大多数情况下，人们通过学习控制理论，并且通过实践学习经验，然后把理论与经验相结合，以便去解决复杂控制问题，智能控制便由此产生。相比较而言，智能控制灵活地结合人工智能技术和控制理论，而其他控制方法，比较适用于被控制对象的不确定性和复杂性。1.2智能控制的内容(1) 模糊控制(2) 遗传算法(3) 神经网络控制1.3智能控制的发展至今为止，自动化控制方面主要研究的是智能控制，其作用就是为了解决传统控制不好解决的疑难杂症。从上世纪 60 年到现在，由于太空技术的发展需要，机器人技术的发展需要，智能化技术的发展需要，各国科学家便开始研究在自我组织、自我学习控制的基础上，来提高控制系统的自我学能力，以便于技术创新，满足在原本的技术基础上加人新的控制技术，尤其是人工智能技术。最近几年，智能控制有了突飞猛进的发展，主要是因为各国科学家在进化论学说、神经网络学说、专家系统学说、模糊化数学等多门学科方面做出了巨大贡献，各种智能控制方法也由此产生。1.4智能控制的优越性(1) 学习功能：智能系统不断学习新的知识，并且不断的累积，以到达改善控制系统的控制能力。并且这个过程是不断的进行下去的。正所谓学无止境。(2) 适应功能：上述系统根据环境的变化，从而做出的自我保护、自我适应的过程。(3) 自组织功能：智能控制系统在处理复杂的问题时，自发的组织起来，以达到协调，学士学位论文 第 1 章 绪论6使任务不发生冲突。(4) 优化能力：上述控制系统通过不断寻找控制器，不断优化控制器参数，从而达到最佳结构形式，以提高智能控制的性能。1.5 智能控制的应用目前，智能控制处于快速发展中，经过各国科学家的不懈努力，用传统控制方法难以解决的疑难杂症主要由智能控制来解决。(1) 在机器人控制中的应用：目前在机器人研究方面，智能机器人是各国科学家研究的重点课题。目前为止，在工业领域里用的大多数机器人，还并不具备智能的功能。由于控制技术日夜的迅猛发展，人们需要各种各样的机器人来代替人们工作，所以也就需要有着各种各样不同智能程度的机器人来帮助人们完成工作。(2) 在过程控制中的应用：过程控制是自动化技术的重要的组成部分。并且在过程控制领域里智能控制有着非常广泛的应用。1.6 本章小结本章内容主要是介绍智能控制的一些基本的知识概念，使读者能够对智能控制有所了解，其中主要内容介绍了智能控制的几个优点。这样也为下面的智能控制的讲解做好铺垫。智能控制的三个重要分支同样也是本章讲解的重中之重，而模糊控制却是是本文要重点介绍的内容，其他方面还需要介绍神经网络控制和遗传算法。现如今的科学性技术越来越先进越来越层出不穷，所以现在单单的 PID 控制已经不能满足人们的需要，所以需要我们来设计出一种更加实用的的方法，因此我们用到了智能控制技术。智能控制能够运用到的领域是非常广泛的，所产生的技术效果也会有所不同。但是并不是说所有的智能控制产生的效果都会比传统的 PID 控制要好，从总的方面来说，是智能控制技术和传统的 PID 控制是各有所长的，需要时我们可以相互弥补。学士学位论文 第 2 章 锅炉水位系统 7第 2章 锅炉水位系统 2.1 锅炉概述锅炉是一种能量转换设备，可以承受一定工作压力。人们通常会根据在生产生活中锅炉的不同用途，将锅炉分类，一般情况下分为:工业用锅炉、生活用锅炉、电站用锅炉等。锅炉的主要系统里面有送引风系统、燃料燃烧系统、汽水系统以及辅助系统等四个分系统组成。2.2 锅炉控制系统锅炉现如今是火电厂生产作业中最重要的组成部分。锅炉的种类繁多，人们按锅炉燃烧燃料的不同将其分类，现如今工厂用的最多的有燃烧燃煤、燃烧燃油和燃烧燃气的锅炉。现在大部分的锅炉仍然处于人工控制的状态下运作。因为是人工控制锅炉，所以大大加大了操作工人的劳动强度，然而操作工人个人对工作的责任心与技术水平会影响到燃料的消耗量与蒸汽生产量的比值，因此便会增加燃料的消耗量，从而降低了锅炉的热效率，使得环境污染加重。从上个世纪 70 年代爆发的世界能源危机到现在，人们对能源问题格外重视，从而导致各种节能技术的迅猛发展。所以提高锅炉的热效率、节能减排便成为世界各国科技人员的一个十分重要的研究课题。目前我国的控制界的科技人员，在锅炉的微机控制方面做了许多相关的研究，并且取得了很多可喜可贺的研究成果。因为锅炉在微机控制取代了人工控制后，可以处于一个良好的工况环境下运作，所以锅炉的热效率、蒸汽生产量和品质都有很大的提高，从而使二次工业生产的产品质量、数量和安全性都得到显著的提高，其产生的经济效益也是非常诱人的。所以各国的技术工作者们目前正在着重于锅炉的微机控制改造任务中。2.2.1锅炉控制系统的任务因为生产生活的需求，人们需要通过锅炉汽包产生的蒸汽来提供动力，于此同时为确保安全生产，人们对锅炉的控制也有着额外的要求。锅炉控制系统的任务有：(1) 确保锅炉中供应蒸汽量为给定负荷，同时也要适应负荷的不断变化；(2) 控制锅炉供给负荷的蒸汽压力在安全生产指标内；(3) 控制过热蒸汽温度及汽包中的水位在安全生产指标内；(4) 控制炉膛负压在安全生产指标内。2.2.2锅炉给水控制系统锅炉-一个非常典型的热工复杂系统，人们一直关注其控制与建模问题，国际上始于上世纪七十年代。工程实际中，为完成上述的调节任务，以下控制系统在锅炉设备中：(1) 控制锅炉汽包水位；(2) 控制锅炉燃烧系统； (3) 控制过热蒸汽系统； 学士学位论文 第 2 章 锅炉水位系统8(4) 控制锅炉水处理过程。对于蒸汽锅炉来说，其正常运作的一个重要标志就是其汽包的水位的高低，并且锅炉汽包水位也是一个非常重要的被调节参数。为了保证锅炉的安全运作需要维持水位在一定的合理范围内。2.3 锅炉汽包水位调节系统随着锅炉的出现，锅炉汽包水位的控制问题也随之出现，在很长的一段时间里其一直是多国科学家所积极研究的对象。正因如此，控制领域才发展迅猛，锅炉汽包水位的自动控制以及智能控制方面都取得了重大突破。通常有如下几种控制方案：(1)控制系统单冲量；(2)控制系统双冲量；(3)控制系统三冲量。水位控制系统一般情况下是由四个方面组成的，分别为调节器、执行器、调节阀和变送器。测量部分得到的汽包水位的数值与一开始给定的数值通过调解器进行对比，当两者不相等的时候，则会产生偏差值。而后调节器会接收到这样的偏差信号，随之按照确定的运算规律运算后输出控制信号，然后再输送给执行器，执行器再经过运转，随之调节阀的开度也得到了改变，从而使得供给汽包的水流量发生改变，从而使被控参数（汽包水位 H）回到给定值上来。2.3.1 锅炉给水调节任务锅炉给水自动调节也称作锅炉水位自动调节，其主要目的是：目前大多数的火电厂是通过水位测量系统来监视和控制火电厂锅炉汽包水位的。如果锅炉汽包水位超出了其正常运行的水位范围的时候，那么那时报警系统里的报警器就会发出报警信号，从而给人们报警，与此同时保护系统额将同时马上采取合理有效地保护措施，来保护火电厂锅炉以及汽轮机的安全运作。所以也正因为如此，锅炉汽包水位的测量系统是确保机组安全运行的重要环节。火力发电厂系统中一个极其重要的一个组成的部分是给水控制系统，这就造成了一种不管在什么情况下，给水控制系统都要不停的往锅炉中输入水。在这其中，给水泵担任的角色是一个给水系统的心脏作用。传统的小一点容量的机组在正常的情况下采用的是定速水泵再加上一个给水操作平台的工作方式，但是如果机组的容量变大的话，操作平台里面的调节阀承受的压力会随着机组容量的变大而将压力差变大，但是这样会造成一个节流损失的加重，这样安全性和经济性就不能得到了充分的保证。正是因为上述的原因，所以现在很多的大容量或点击组就改变了给水方式，由以前的定速给水方式变成了现在的变速给水方式，正常情况下。运行泵的作用是由汽动给水泵来担任的，与此同学士学位论文 第 2 章 锅炉水位系统9时也可以分情况使用，在有事故的时候或者在启动阶段的时候可以使用电动给水泵，但是在平时