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诚信申明本人申明：我所呈交的本科毕业设计（论文）是本人在导师指导下对四年专业知识而进行的研究工作及全面的总结。
尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中创新处不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京化工大学或其它教育机构的学位或证书而已经使用过的材料。
与我一同完成毕业设计（论文）的同学对本课题所做的任何贡献均已在文中做了明确的说明并表示了谢意。
若有不实之处，本人承担一切相关责任。
本人签名：年月日锅炉汽包水位的模糊控制系统设计摘要汽包水位是锅炉运行的重要指标。
保持水位在一定范围内是保证锅炉安全运行的首要条件。
水位的过高、过低都会给锅炉及蒸汽用户的安全操作带来不得的影响。
过高，饱和水蒸气将会带水过多，导致过热器管壁结垢并损坏，进而进入汽轮机的蒸汽带液损坏汽轮机叶片，产生安全事故；反之，水位过低，汽化过快，锅炉供水不足，致使水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。
锅炉汽包水位的控制又比较复杂，其中存在的虚假液位、滞后性、不易检测性等等又使传统控制很难达到较为完善的控制要求。
针对锅炉汽包水位存在虚假水位、控制系统复杂、具有滞后性、难以检测等特性，及采用传统PID控制时，效果不佳，如果控制不及时，甚至会产生安全事故的情况。
同时对比模糊控制的发展现状，可发现其适应性好、鲁棒性强、控制精度高等优势，所以本文设想在传统PID控制中引入模糊控制，改善汽包水位控制系统的静态和动态特性，使汽包水位恒定在一定范围之内，杜绝安全隐患，实现锅炉汽包水位的更精确、更有效的智能控制。
关键词：锅炉汽包水位模糊控制 Matlab仿真设计 PIDThe Suzzy Control Design about Boilder Drum Water LevelSystemAbstractThe drum water level is an important index of boiler operation. Keep the water level in certain scope is to ensure the safe operation of the boiler in the workplace. The low water level higher, and will give boiler and steam the safety of users may not bring the influence of the operation. Too high, saturated steam will bring too much water, resulting in superheater tube wall scaling and damage, and then into the steam turbine with liquid damage turbine blade, produce safety accident; Conversely, low water, vaporizing too fast, boiler water supply shortage, the water wall burn out, and even cause an explosion.The boiler drum water level control and more complex, the existing false liquid level, lagging, easily tested, and so on and that traditional control of it is difficult to reach a perfect control requirements.For boiler drum water level has false water level and control system with delay and complex, difficult to testing and other characteristics, and adopts the traditional PID control, the effect not beautiful, if not in time control, even can produce safety accidents. At the same time compared to current situation of the development of the fuzzy control, find the good adaptability, and robust, control precision higher advantage, so this paper in the traditional PID control idea introducing fuzzy control, improve the drum water level control system static and dynamic characteristics of the drum water level constant in certain limits, eliminate hidden dangers, realize the boiler drum water level of more accurate, more effective intelligent control.Key words:Boiler Drum Water Level Fuzzy Control Design Matlab PID目录前言 (1)第1章锅炉相关控制与前景 (2)第1.1节概述 (2)第1.2节锅炉设备的控制任务 (2)第1.3节研究状况 (3)第2章锅炉汽包水位的控制 (5)第2.1节汽包水位的动态特性 (5)第2.2节汽包水位的几种常规控制方法 (7)第3章模糊控制原理 (12)第3.1节模糊控制的形成与提出 (12)第3.2节模糊控制的优缺点 (13)第3.3节模糊控制的基本原理 (14)第4章锅炉汽包水位的模糊控制系统设计与仿真 (23)第4.1节输入输出变量的选择 (23)第4.2节隶属函数的选择 (25)第4.3节模糊规则表的建立 (26)第4.4节合成推理算法 (29)第4.5节模糊控制表 (32)第4.6节控制参数的自整定 (34)第5章模糊PID控制的MATLAB仿真 (35)第5.1节仿真流程图 (35)第5.2节模糊控制器模块的建立 (36)第5.3节仿真模型的建立 (37)第5.4节模糊PID控制与常规PID控制仿真的比较 (39)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)前言锅炉是工业过程中不可缺少的动力设备为确保安全稳定生产对锅炉的自动控制十分重要其中汽水位是一个非常重要的被控变量由于锅炉的水位调节过程难以建立数学模型具有非线性不稳定性时滞等特点传统的锅炉水位三冲量控制系统大都采用PID控制其控制效果还可以进一步提高而模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型只需要操作人员的经验知识及操作数据鲁棒性强非常适合用于非线性滞后系统的控制但其静态性能不能令人满意限制了它的应用为消除模糊控制的稳态误差采用Fuzzy-PID控制是常用的一种方式，所以本论题具有一定的现实意义。
目录引言 (1)第一章第一章给水控制系统的动态特性 (3)1.1锅炉给水控制系统的任务 (3)1.2 给水控制对象和各种扰动下水位变化的动态特性 (3)1.2.1 给水控制对象的动态特性 (3)1.2.2 各种扰动下水位的动态特性 (5)第二章给水自动控制系统的基本要求和基本结构 (9)2.1 给水控制系统的基本要求 (9)2.2 给水控制系统的基本结构及分析 (9)2.2.1 单冲量给水控制系统 (9)2.2.2 前馈-反馈三冲量给水控制系统 (10)2.2.3 串极三冲量给水控制系统分析 (16)第三章给水控制系统的无扰切换 (20)3.1 测量信号的自动校正 (20)3.1.1 水位信号的压力校正 (20)3.1.2 过热蒸汽气流信号的压力、温度校正 (22)3.1.3 给水流量信号的温度校正 (23)3.2 给水控制系统的切换 (24)3.2.1 给水流量测量装置切换系统 (24)3.2.2 大小给水调节阀门的切换 (28)3.2.3 系统的无扰切换 (29)第四章系统的参数整定及MATLAB仿真 (32)4.1 控制系统的参数整定方法 (32)4.1.1 广义频率特性法 (32)4.1.2 工程整定法 (33)4.2 调节器的选取 (35)4.3 参数整定及MATLAB仿真 (36)4.3.1 单冲量调节系统的参数整定及MATLAB仿真 (36)4.3.2 串级三冲量调节系统的参数整定 (37)4.3.3 整个系统和各种扰动量下的SIMULINK结构图和仿真图 (41)结论 (45)参考文献 (46)谢辞 (47)引言自动控制技术在工程和科学发展中起着极为重要的作用，在火电厂的生产过程中也采用了自动控制技术。
在火电厂的生产过程中采用的热工自动控制系统，是伴随着社会对电能需求的日益增加、单机容量的日益扩大和自动控制技术在火力发电厂中应用的深度与广度与日俱增而逐步发展起来的。
电厂热工自动化水平的高低是衡量电厂生产技术的先进与否和企业现代化的重要标志。
第三篇 第九章 汽包锅炉给水自动控制系统汽包水位是锅炉运行中的一个重要参数,维持汽包水位是保持汽机和锅炉安全运行的重要条件。
锅炉汽包水位过高会造成汽包出口蒸汽中水分过多，使过热器受热面结垢而导致过热器烧坏，同时还会使过热汽温产生急剧变化，直接影响机组运行的经济性和安全性；汽包水位过低则可能导致锅炉水循环工况破坏，造成水冷壁管供水不足而烧坏。
汽包锅炉给水自动控制的任务是维持汽包水位在一定的范围内变化。
随着锅炉参数的提高和容量的扩大，对给水控制提出了更高要求。
因为汽包水位变化得更快，锅炉负荷变化对水位的影响更大，给水系统也相应更复杂。
对大容量、高参数锅炉来讲，给水系统采用自动控制是必不可少。
第一节 汽包水位动态特性汽包水位动态特性较为复杂：一是对汽包水位的扰动有四个来源；二是“虚假水位”问题的存在。
特别是后一个问题迫使人们设计出“三冲量”给水控制系统。
了解、掌握汽包水位动态特性是搞好汽包锅炉给水自动控制系统调试工作的基本要求。
一、给水量扰动下水位变化的动态特性给水量W 的扰动是给水自动系统中影响汽包水位的主要扰动之一，因为它是来自控制侧的扰动，又称为内扰。
在给水扰动下水位变化的阶跃响应曲线如图3-9-1所示。
由给水阶跃曲线求滞后时间τ和响应速度ε。
延长H 曲线的直线段与时间轴的交点为A ，与纵坐标虚线轴的交点为 B ，则(mm) OA = τOB = ΔHΔH ε= w tg ∆β=WH ∆∆τ图3-9-1给水扰动时的水位阶跃响应曲线由水位H 曲线可以看出给水被控对象内扰的特点是：给水内扰刚刚加入时，由于给水过冷度影响， H 变化很慢，经过一段时间以后其变化速度才逐渐增加，最后变为按一定速度直线上升，这时就是物质不平衡在起主要作用，如果给水量和蒸汽量不能平衡，水位将不能稳定。
汽包水位在给水扰动下的传递函数可表示如下：W h = W H = )1(s s τε+二、蒸汽流量扰动下水位变化的动态特性蒸汽流量扰动主要来自汽轮发电机组的负荷变化，属于外部扰动。
锅炉双冲量给水控制系统设计_毕业设计第一章论文选题背景及理论发展1.1 目的及意义随着电子产品的降价及自动化生产线工艺控制连续稳定优势的凸现，越来越多的企业准备将自己的核心生产线改成全自动化生产线或者对个别关键工艺参数采用自动控制。
工业应用自控技术在中国的推广使用较晚，但近年来发展较快。
国内现在做汽包水位自动控制系统方面的设计公司很多，但由于能够集工艺要求、自动化技术和电气技术三者于一体的设计不多，所以人们清楚地认识到自动控制技术在工业应用中的重要地位和作用，在水位控制系统中，主要采用“三冲量控制”方案来实现锅炉汽包水位控制更是重中之重。
本课题的目的及意义：锅炉汽包水位控制是维持锅筒水位在允许的范围内，使锅炉的给水量适应锅炉的蒸发量。
由于锅炉的水位同时受到锅炉侧和气轮机侧的影响，因此，当锅炉负荷变化或气轮机用汽量变化时，通过给水调节系统保持锅炉的水位正常是保证锅炉和气轮机安全运行的重要条件。
水位过高或过低，都是不允许的。
水位过高会影响汽水分离器的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增加，使过热器管壁和气轮机叶片结垢，造成事故；锅炉出口蒸汽带水过多还会使过热蒸汽温度产生急剧变化。
水位过低，则会破坏正常水循环，危及水冷壁受热面的安全。
一般要求锅筒水位维持在设计值±75~±100mm范围内。
1.2 自动控制理论的发展一、“经典控制理论”阶段上世纪50年代前发展的控制理论被称为“古典控制理论”。
它主要研究的自动控制系统为线性定常系统，被控对象集中于SISO系统。
经典控制理论所采用的方法通常是以传递函数、频率特性、根轨迹分布为基础的波德图法和根轨迹法，包括各种稳定性判据和对数频率特性。
二、“现代控制理论”阶段60年代以后发展起来的现代控制理论主要研究MIMO系统。
系统可以是线性或非线性的，定常或时变的。
它采用状态方程代替经典理论中的一个高阶微分方程式来描述系统，并且系统中各个变量均为时间t的函数，因而属于时域分析方法。
目录目录 (1)1绪论 (3)1.1锅炉汽包水位测量的重要性 (3)1.2 锅炉汽包水位测量 (3)2 控制系统总体结构设计 (4)2.1 控制对象的选择 (4)2.1.1 给水任务 (4)2.1.2给水自动调节系统被 (4)2.1.3被调量Ｈ变化的主要原因 (5)2.2 整体结构设计 (7)2.2.1控制方案 (7)2.2.2 300MW机组给水控制过程 (9)3 测量仪表选型 (13)3.1 给水控制系统测量任务 (13)3.1.1汽包水位的修正 (13)3.1.2给水流量的校正 (13)3.1.3主蒸汽流量的校正 (14)3.2测量仪表的选型 (15)3.2.1汽包水位测量方面 (15)3.2.2给水流量测量方面 (17)3.2.3主蒸汽流量测量方面 (18)4 数据采集系统选型 (20)4.1数据采集基本知识 (20)4.2数据采集卡的主要性能指标 (20)4.3 数据采集系统选型 (21)4.3.1数据采集卡的选型 (21)4.3.2 NI PCI-6221数据采集卡相关配件 (21)4.2.3数据采集系统结构图如下 (24)第五章：数据采集程序设计 (25)5.1 LabVIEW数据采集介绍 (25)5.2 基于LabVIEW平台的虚拟仪器程序设计 (25)5.3数据采集程序设计 (26)5.3.1配置采集任务 (26)5.3.2程序设计步骤 (26)6控制系统界面设计 (31)6.1LabVIEW界面设计介绍 (31)6.2控制系统界面设计 (31)6.2.1锅炉给水操作控制面板图如下 (31)6.2.2界面总图如下 (32)分组说明 (32)参考文献 (34)汽包锅炉给水全程控制系统1绪论1.1锅炉汽包水位测量的重要性对火力发电厂来说，锅炉汽包满、缺水事故是长期困扰其安全的重大恶性事故之一，究其原因，首先是因为锅炉汽包水位的测量技术尚有一些不完善，而另一个原因，则是缺乏对汽包水位测量技术的理解，这些都导致了恶性事故的屡屡发生。
因此，可知保持锅炉汽包水位处于正常范围内波动是锅炉运行的一项重要安全性指标，必须对其进行透彻的理解。
锅炉气包水位是确保安全生产和提高优质蒸汽的重要变量。
尤其对于大型锅炉，其蒸发量明显要高，气包容积相对较小，水位变化速度很快，稍不注意就容易造成气包满水或者缺水，甚至造成干锅。
前者将使蒸汽带水，影响蒸汽品质，且长期运行会使过热器结垢；后者会引起锅炉爆炸的危险。
1.2 锅炉汽包水位测量锅炉运行中，我们是通过水位测量系统来监视和控制汽包水位的。
当汽包水位超出正常运行范围时，报警系统将发出报警信号，保护系统将立即采取必要的保护措施，以确保锅炉和汽轮机的安全。
因此，锅炉汽包水位测量系统是机组安全运行的极端重要的系统，这也是锅炉给水控制系统的最主要任务。
2控制系统总体结构设计2.1 控制对象的选择此次设计对象为300MW机组锅炉给水控制，锅炉的主要参数如下表300MW机组锅炉的主要参数。
2.1.1 给水任务锅炉给水控制的任务是使给水量对应于锅炉的蒸发量，以保持锅炉运行过程中的汽水流量平衡，并维持汽包水位在正常的规定范围内波动。
一般国产的300MW 机组的汽包锅炉蒸发量为1025t/h，而泡包的容积仅为30~40m³，汽包水位过高或过低都将危及锅炉的安全运行，因此，对于汽包锅炉来说，给水控制系统的主要任务是保证给水流量适应于锅炉蒸发量的要求，维持汽包水位在合适的范围内（正常情况下汽包水位限制在-50mm~+50mm 范围内变化）以保证机组的安全运行。
2.1.2给水自动调节系统被调对象的示意图如下：2.1.3被调量Ｈ变化的主要原因影响H 的原因有：给水量Ｗ，蒸汽量Ｄ，锅炉燃烧率Q 。
图2.2 ①给水流量w 对水位的干扰：在平衡状态突然加大给水量，虽然给水量大于蒸发量，但由于温度较低的给水进入水循环系统后，要从原有饱和汽水中吸取一部分热量使得水面下气包容积有所减少，进入水系统的水首先去填补汽水管路中气包所让出的空间，只有当气包容积不再变化时，水位才随给水量的增加呈线性上升。
由上述分析，给水量扰动时，水位调节对象有一定的惯性与滞后。
水位在给水扰动下的传递函数为： 其中τ──迟延时间 s ；ε──飞升速度=+01εG (s)s(τs 1)图2.3 图2.4②蒸汽负荷对水位的干扰：当蒸汽用户设备用气量突然增大，单从物料不平衡考虑，汽包中蒸发量大于给水量，水位应该直接下降，如曲线H1；但由于蒸汽负荷量突然增大时，汽包中压力减小，汽水循环管路中的汽化强度增加，蒸发面以下汽包容积增加而引起水位上升，如曲线H2；因而在蒸汽负荷量突然增大的起始瞬间，液位不会下降，反而上升，出现“虚假液位”现象，如曲线H；只有当气包容积与负荷相应达到稳定后，水位才能反映出物料的不平衡，开始下降。
因此，蒸汽流量扰动时，非但没有自平衡能力，而且存在“虚假现象”，在控制系统的设计中必须予以考虑。
图2.5水位的变化为上述两者变化之和，即H(t)=H1(t)+H2(t) 传递函数也为两者之和，即式中T ——H2的时间常数，约为10~20s;k ——H2的放大系数；ε──飞升速度。
③炉膛热负荷对水位的干扰当燃料量突然增大时，传给锅炉的热量必然增加，上升管中的蒸发强度增大，蒸发面下的气包膨胀，使得液位上升，因而带来了蒸汽量及气包压力的增加，但此时给水量并未增加，因此，这种液位变化也属于“虚假液位”。
但是热负荷由蒸汽压力控制系统来保证，因而它的影响是次要的。
蒸汽量扰动主要取决于汽轮机的运行工况，属于外部扰动，锅炉燃烧率扰动其实也是一种间接的外部扰动。
很显然这两种物理量是不可能作为调节汽包水位的调节手段的，调节作用量只能选择给水量。
“虚假水位” (level swell)现象主要是来自于蒸汽量的变化，显然蒸汽量是一个不可调节的量（对调节系统而言），但它是一个可测量，所以在系统中需要引入这些扰动信息来改善调节品质。
2.2整体结构设计全程给水系统流程图2.62.2.1控制方案锅炉启动及低负荷阶段，汽包水位采用单冲量控制方式；达到一定负荷后，控制系统能自动或手动切换到由蒸汽流量、给水流量和汽包水位信号组成的三冲量控制方式。
在启动或低负荷运行过程中，由于锅炉需要供水量很小，常会造成使给水泵工作流量太小的情况，从而使泵得不到足够的冷却而引起泵的汽蚀，甚至振动。
因此，在调节给水量的过程中，必须保证给水泵的工作流量不低于满足泵足够冷却的最小冷却水量。
所以需要采用最小流量的控制方式，即设置给水泵再循环阀实现最小流量保护。
①单冲量水位控制系统如图2.7单冲量水位控制系统是典型的单回路 图2.7=-+02k εG (s)Ts 1s单冲量给水系统图2.6调节系统，由被控对象、测量变送单元、调节器和执行器组成，通过给水流量调节气包液位，这里指的单冲量即气包液位。
其控制方案如图该控制方案系统结构简单，投资少，易实现。
但它不能克服“虚假液位”的影响，且不能及时反映给水量的扰动，控制作用迟缓，因此，只在锅炉启动及低负荷阶段进行控制。
②串级三冲量水位控制系统其控制方案如图所示，其给水调节任务由两个调节器完成。
主调节器PI采用比例积分调节器，以保证水位无静态偏差，主调节器输出信号和给水、蒸汽流量信号都作用到副调节器PI2上，一般副调节器都采用比例调节器，以保证副回路的快速性。
当给水流量自发性扰动和蒸汽流量改变时，迅速调节给水流量，以保证给水流量与蒸汽流量平衡。
由于水位偏差由主调节器负责校正，所以蒸汽流量强度系数α的大小可以根据锅炉“虚假水位”的串级三冲量给水控制系统图2.8严重程度来确定，使得负荷在变化时，蒸汽流量的前馈调节作用更好的客服“虚假水位”的影响，改善调节品质。
2.2.2 300MW机组给水控制过程机组汽包水位控制系统的SAMA 图如下图2.9 300MW机组给水控制系统图该300MW给水机组系统，配有两台50%容量的汽动泵和一台25%的电动泵，电动泵出水管路设有调节阀。
在正常运行工况下，通过调节汽动泵转速控制进入锅炉的给水流量，在启动停止和事故运行工况下，通过调节电动泵出水管路上的调节阀控制给水流量。
在电动泵和汽动泵相互切换的过渡运行工况时，三台给水泵可同步调节给水流量。
①电泵启动1）启动之初，主给水阀关闭，电泵定速运行，通过启动控制阀的节流作用，调节给水流量控制水位。
控制原理如图所示。
此时，启动控制阀调节器PID①对设定值和水位值之间的偏差进行PID运算，自动控制指令经启动控制阀M/A站输出，去控制启动控制阀的开度调节进入汽包的给水，最终使水位等于定值。
2）随着负荷的升高，要求的给水量增加，该启动控制阀逐渐开大，到了一定开度以后，调节性能变差，这时应该手动逐渐打开主给水阀，或者，当负荷增加控制阀开大以后，当发现控制阀已无法再对给水进行调节时，手动升高电泵转速，提高压头，增加给水。
3）随着负荷继续升高，给水压力已升得较高，阀门承受的节流压差也越来越大，当启动控制阀门已开到90%以后，可以将电动给水泵转速控制投自动。
给水控制阀由阀门节流调节方式变成了给水泵转速调节方式。
此时单冲量控制器PID②将对水位与给定值之间的偏差进行计算，PID②的输出经电泵M/A站，输出到电动给水泵勺管控制机构，自动调整电泵转速，PID②最终使水位等于定值。
在电泵转速控制投自动的同时，启动控制阀M/A站，自动地切换成手动，以防止责任不分，互相干扰。
如前所述，随负荷升高，节流加强，所以此时应手动打开主给水阀。
作为调节型阀门，不能长期处于一个高温高压环境中，所以当主给水阀全开后，则发出一个脉冲，超驰关闭启动控制阀。
②电泵三冲量控制负荷继续升高后，仅用PID②这个单冲量调节器，已难以保证调节品质，当负荷（蒸汽流量）大于30%以后，将自动采用三冲量控制方案。
PID调节器③（又称为给水流量调节器）接受给水流量反馈信号，当给水流量由于扰动而发生波动时，该调节器会快速地调节泵的转速，有效克服给水波动。
用蒸汽流量信号作为给水流量调节器PID③的设定值的一部分，是为了使进入锅炉的给水量于流出锅炉的蒸汽量随时保持平衡，这样可以有效地克服虚假水位对调节品质的影响。
为了最终使水位能保持在定值上，PI调节器④（称为三冲量水位调节器）将对水位与其定值的偏差进行PI运算，其输出成为给水量设定值的另一部分。
PI调节器④最终将水位维持在设定值（细调）。
③汽泵投运随着负荷进一步升高，则需暖汽泵组并启动。
逐步升高小机转速，升高泵的出压头，转速大于额定要求转速时，小机可投入遥控方式，此后，可在小机的M/A 站上控制转速。
当泵的出口压头略大于给水母管压头时，打开汽泵出口阀，并继续手动调节汽泵转速，使汽泵转速与电泵转速逐步接近。
此时水位仍将由电泵自动维持。
