智能控制系统与工程课件 3.5基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真

12.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真模糊逻辑工具箱提供了MATLAB基于模糊逻辑的系统设计工具。图形用户界面（GraphicUserInterface，GUI）可以指导用户完成模糊逻辑系统的设计，还提供了很多设计一般模糊逻辑的函数，包括模糊聚类技术和模糊神经网络等。该工具箱能够让人们使用简单的逻辑规则建立复杂的系统，然后在模糊推理系统中运行这些规则。一方面，可以把模糊逻辑工具箱作为一个独立的模糊推理工具使用；另一方面也可以在Simulink工具箱中使用模糊推理结构，仿真整个动态系统模型的模糊系统[8]。下面针对锅炉燃烧系统中的汽包蒸汽压力设计基于MATLAB的双模糊控制系统[9]。煤粉锅炉的汽包蒸汽压力自动控制是一个比较复杂的控制系统，当锅炉负荷增大（蒸汽流量增大）时，汽包压力将下降，系统需要自动增加进炉的煤粉量，增加蒸发量以保持汽包压力恒定；反之，汽包蒸汽压力上升，需要减少进炉的煤粉量，减少蒸发保持汽包压力恒定[10]。因此，锅炉汽包的蒸汽压力是燃烧控制对象的主要被控制量，引起蒸汽压力变化的因素很多,如燃料量、送风量、给水量、蒸汽流量以及各种引起燃烧情况变化的原因。本设计选择燃料量作为控制系统的控制量，其余因素作为系统的干扰。被控对象为一时变非线性对象，数学模型可表示为22.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真双模糊控制器设计的原理如图2-34所示，该系统是由两个参数不同的模糊控制器构成。单模糊控制器主要用于快速响应和大误差的消除，在单模糊控制器中，将其Ke增大，相当于缩小了误差的基本论域，进而增大了对误差变量的控制作用；将Kc增大，可以减小系统超调；将Ku减小，起到减小系统振荡的作用。假设e0为确定大、小误差的临界值（可根据需要设定），当系统误差较大时，用单模糊控制器（1）控制，达到快速响应和消除误差的作用；当系统误差较小时，用单模糊控制器（2）控制，由于此控制器将论域进一步细分，因此可以大大改善模糊控制器对于系统小误差的控制效果，从而达到消除静态误差的目的，保证系统取得满意的控制效果。

32.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真图2-34双模糊控制器原理图

42.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真在总结专家经验和过程知识的基础上，可以得到控制规则如表2-3所示。52.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真图2-35E、EC、U的隶属函数曲线采用了常用的重心法进行解模糊运算。62.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真图2-36系统仿真模型图2-37Subsystem和Subsystem1的结构图72.4基于MATLAB的锅炉蒸汽压力双模糊控制仿真为了比较双模糊控制系统的效果，可以同时设计普通模糊控制和PID控制，三种控制器的仿真设计如图2-38所示。给系统加单位阶跃信号，则三种控制系统的仿真曲线如图2-39所示。由仿真曲线可以看出，普通的单模糊控制器控制的输出波形虽然在超调、响应时间等参数上好于传统的PID控制，但在其稳定的情况下仍然存在着一定的偏差，即所说的“稳态误差”。这一误差是单模糊控制器自身无法克服的，在工程实际中势必要影响到控制的性能和效果。而采用双模糊控制器不仅有效地减小了稳态误差，而且使响应时间、超调量、稳定时间等性能也明显优于上述两种控制器，明显地改善了控制系统的控制精度与稳态性能，将其应用于工程实际，