1、锅炉水位模糊控制仿真与研究摘要：锅炉属于我国工业生产与生活上应用面最广、数量最多的生活设备之一。其中，锅炉的水位控制环节是锅炉控制系统当中的一个十分重要的环节。保证锅炉的水位是否处于一个标准的范畴之内，对于锅炉是否能持续的安全可靠的工作是一个关键保障。也是对锅炉能不能够正常生产工作的一个重要考察。锅炉的汽包水位系统具有强非线性，时变大，强耦合，多哥变量等一些复杂特性。在构建锅炉汽包的水位调节的数学模型基础上，应用模糊控制理论来设计锅炉汽包水位控制系统。应用模糊控制来控制锅炉水位。同时，介绍了控制器的构建和仿真分析。MATLAB上位机用于水位控制系统的仿真。模糊控制算法与传统方法的结果显示，模糊
2、控制器明显的改善了锅炉水位控制系统特性。所以，完成了锅炉汽包水位的最优实时控制。基于模糊控制的应用，本课题设计了一种模糊控制器。同水平PID控制器与单级PID控制器比较，状态水平控制器由于具有较小的超调量，较短的建立时间等特点。更加适用于锅炉液位控制。工业锅炉的汽包水位控制是锅炉控制系统中主要技术指标之一。由于假水位现象（FWL），根据人工调整中的人为思维过程，引入了三个测量信号，即鼓水位，供水流量和蒸汽流量，并采用模糊控制算法计算 控制体积，构成前向级联三脉冲模糊控制系统。基于MA TLAB的建模和仿真结果表明，该算法比传统PID控制具有更好的效果。关键词：锅炉水位，模糊控制，MATLAB仿
3、真AbstractBoiler is the most extensive and largest number of thermal equipment in industrial production and life in China. In the boiler control, the boiler water level control system is the most important link. Maintaining the boiler water level within the specified range is a necessary condition fo
4、r ensuring the safe production and operation of the boiler, and is also one of the main indicators for the normal production and operation of the boiler. The water level of the boiler drum has nonlinear, time-varying, strong coupling, multi-variable and other complex characteristics. On the basis of
5、 establishing the mathematical model of boiler drum water level adjustment, the fuzzy control theory is used to design the boiler drum water level control system, and the fuzzy control is used to control the drum water level. At the same time, the design and simulation analysis of the controller are
6、 described. MATLAB software is used for verification and simulation of water level control systems. The comparison between the fuzzy control method and the traditional method shows that compared with the PID control, the fuzzy control significantly improves the static and dynamic characteristics of
7、the drum water level control system. Therefore, the optimal real-time control of the water level of the boiler drum is achieved.Based on the application of fuzzy theory, this paper designs a state-level fuzzy controller for marine steam power system. Compared with the horizontal PID controller and t
8、he single-stage cascade PID level controller, the state level controller is more suitable for the marine booster boiler liquid level control due to its smaller overshoot and shorter settling time. Industrial boiler drum water level control is one of the main technical indicators of the boiler contro
9、l system. Due to the false water level phenomenon (FWL), according to the artificial thinking process in the manual adjustment, three measurement signals, namely the drum water level, the water supply flow rate and the steam flow rate, are introduced, and the control volume is calculated by the fuzz
10、y control algorithm to form the forward cascade three pulses. Fuzzy control system. The modeling and simulation results based on MA TLAB show that the algorithm has better effect than traditional PID control.Keywords: Boiler water level, fuzzy control, MATLAB simulation目录1绪论41.1 研究背景及意义41.2 国内外研究现状5
11、1.3本文安排6第2章 锅炉水位控制系统介绍72.1 锅炉系统的组成72.2 传统控制方法82.3 现代控制方法83.模糊控制器设计93.1 锅炉水位模糊控制原理103.2 建立模糊关系103.3 状态点的设定124.仿真分析134.1 MATLAB软件平台介绍134.2 动态数学模型建立144.3 汽包水位数学模型154.4 水扰动实验175.总结20致谢21参考文献221绪论1.1 研究背景及意义锅炉工业是我国的传统大型的行业之一。随着经济的迅速发展，以科技力量作为后盾的中国在锅炉方面的发展也从未间断。而且由于绿色环保观念的深入人心，资源短缺，环境恶劣等等方面的要求，新型锅炉的开发和研究迫
12、在眉睫，这个项目也正式成为我国研究的重点项目之一。但因为目前我国的工业锅炉行业与企业都面临着各种各样的挑战和机遇。工业锅炉的制造公司是市场竞争的主体，应当对自身所处的外部机遇与自己待遇的内部条件有清醒的认识。清楚自己的市场位置，而且从战略的角度加以管理，明白该做的与不该做的。必须保证市场的导向战略，牢牢依靠科技的进步，立足于的科技创新。在国家的能源与环保政策的指引下，整合企业的结构与产品结构。此外，应抓住机遇，创造出适销对路而且具有自身特色的高及产品来激励企业的发展。并保持强劲的可持续发展的企业后劲，这样才能在激烈的市场竞争中占有一席之地。工业锅炉商品市场发展，不但受我国的国民经济发展速度与投
13、资规模等因素的影响外，不断受到能源地政策与节能、环保及要求的约束。随着高性能商品的普及与产品质量的增加，国内之前的工业锅炉必须不断的更新。随着能源的供应结构变化与节能环保要求的日益严格，天然气的开发应用与高速发展会给工业锅炉的发展带来机遇。小型的燃煤工业锅炉会退出中心的城区，锅炉行业需要抓住这一机遇。利用清洁的燃料与洁净燃烧技术的高效、低能、少污染工业锅炉会是工业锅炉商品发展的潮流。然后向更加高端的商品市场前进。因此说环保、节能、高效的锅炉商品是我国的工业锅炉将来发展的方向。鼓水位作为影响锅炉安全工作的重要参数，由于水位较低和较高可能导致重大的事故。所以，锅炉的水位控制研究很必要。PID控制一
14、般用作水平的控制方法，它带有直观，简单，强的鲁棒性特点。这种方法的前提是获得数学模型，而锅炉是一个复杂的物体，它是非线性的，多变量调节，大滞后和强干扰，并且存在多个变量的耦合，很难建立准确数学模型。因此很难实现所需的控制效果只需应用PID控制，并且它不适用于滚筒液位控制中的假水位现象。至实现良好的控制效果，需要在PID控制的基础上进行改进。1.2 国内外研究现状18世纪以来，工业锅炉发展迅速，从1698年第一台蒸汽提水机和1829年第一辆蒸汽机车的相继问世。因为我国遗留的历史问题，国内的工业发展较国外发达国家的工业发展较为落后。从1982年我国出现第一台锅炉到我国成为当今锅炉生产与使用最多的国
15、家。最初直接依靠进口，发展到自主研发生产，从这方面来说我国的工业锅炉已经取得了很大的进步。然而，与国外锅炉市场相比较，我国的工业锅炉类别单一，仍旧以燃煤锅炉为主。热效率低，能耗大，自动化程度低、环保不达标等状况。而且我国现有的锅炉企业制造商有1000余家，厂点太多，产品雷同度大。大数多没有完成规模发展。在我国加入WTO后，在我国申请制造许可的国外企业更是在以惊人的速度崛起。入关后的低税率关税让国外的锅炉大量进入我国，我国的锅炉行业带有着巨大的竞争压力。再加上经济的发展，制造国路原材料价格上涨，企业竞争激烈，这些锅炉企业的成本压力越来越大，甚至出现了增产不增收的现象。这就更加要求了我国锅炉行业要
16、有自主设计能力，才能在国际市场中占据一席之地。蒸汽发生器作为压水堆核电站的必要设备之一。为确保核电厂在运行期间的安全;蒸汽发生器的水位一定要控制在必要范围内。在核电站运行时，伴随蒸汽流量和水流量的变化。蒸汽发生器里的沸腾气泡量可以由局部压力于温度变化来产生变化，短时间水位出现“假水位”的现象。“假水位”的存在使得难以控制水位。在传统的单回路PID控制中引入前馈控制可以在一定程度上克服“假水位”现象。Om Prakash 提出了从模糊PI推导出模糊PID控制策略，Weeka Meshram等人做了进一步的研究。 AMProkhorenkov，ASSovlukov等将模糊控制策略应用于锅炉集中控制系统中。同其他的
