模糊自适应PID在锅炉汽包水位控制中的应用

模糊PID在热水锅炉温度控制系统中的应用【摘要】模糊PID控制方法在热水锅炉温度控制系统中的应有有着十分明显的优势。

本文首先概述了模糊PID控制，然后分析了锅炉温度控制系统控制器的设计，最后在探讨了模糊PID控制规则的基础上，对参数自整定的模糊PID 控制器的设计和仿真研究做了研究。

【关键词】模糊PID；热水锅炉；温度；控制系统；应用一、前言模糊PID控制的优点十分明显，它不仅具有极佳的稳固性，而且在实际使用过程中的牢固性也十分出色。

正是得益于它的这些特点，才更应该在遵循其控制原则的基础上，被应用在热水锅炉温度控制系统中。

二、模糊PID控制概述在热水锅的温度控制中，被控对象具有非线性、时变性、滞后性等特点，而且温度控制受到被控对象、环境和燃料等很多因素的影响，难以建立精确的数学模型，难以选择控制器的参数。

因此传统的PID控制器难以获得良好的控制效果。

而模糊PID控制是基于智能控制理论，并与常规PID控制有机结合，能够很好地控制锅炉的出水温度。

模糊PID的优点是它不要求掌握受控对象的数学模型，而根据人工控制规则组织控制决策表，然后采用模糊推理的方法实现PID 参数kp、ki和kd的在线自整定，不仅保持了常规PID控制系统原理简单、使用方便、鲁棒性较强、控制精度高等优点，而且具有模糊控制的灵活性、适应性强等优点。

模糊PID控制算法充分利用了模糊控制和PID控制的优点，避开了建立对锅炉建立精确的数学模型这一难题。

可以在线自调整PID的参数。

从仿真结果看，模糊PID控制提高了系统的稳态特性。

本系统在沈阳丹东稳压给水设备厂燃煤热水锅炉上运行后，在保证各项控制指标的基础上，不但提高了锅炉的热效率，而且大大减少了煤炭和电能的使用量，降低了烟气中污染物的含量，达到了节能、经济、环保运行的目的。

三、锅炉温度控制系统控制器设计1.锅炉温度控制系统结构分析锅炉温度控制系统的主要任务是精确控制锅炉的温度流量，确保炉内污水按设定值排出。

摘要本文首先分析了影响汽包水位的各种干扰因素，并对汽包水位的动、静态特性进行分析。

介绍了传统的PID控制方式，由于锅炉汽包水位控制系统的调节器的输入端常加有三个不确定的输入量，极易引起水位控制偏差。

所以本文提出了两种消除水位偏差的方法：辅助信号自消方法和辅助信号对消方法。

采用辅助信号蒸汽流量和给水流量对消方法消除水位偏差，根据锅炉汽包水位控制实际要求，采用模糊PID控制，用MATLAB中的SIMULINK仿真工具箱设计了二输入单输出模糊控制器对锅炉汽包水位进行在给定值下仿真。

并用常规PID和模糊PIDF方法去控制汽包液位，对比两种控制策略下的防真图像，仿真图像表明后者的抗干扰能力和鲁棒性更好，可以保证水位的稳定，并且能有效解决用常规PID无法解决的“虚假液位”问题。

最后简单介绍几种由汽包水位测量方法及测量误差带来影响、及消除方法，通过现场实例解决了汽包水位测量不准的问题，减少了由于水位测量误差给汽包水位带来的不利影响。

关键词：汽包水位、虚假液位、PID控制、模糊PID控制、水位测量误差AbstractThis article first analyzes the impact of the drum water level of the various interfering factors,and drum water level of the dynamic and static analysis features.Introduced the traditional PID control,due to the boiler drum water level control system input regulator has three regular increase of the input uncertainty is very easy to control the deviation caused by the water level.Therefore,this paper two methods to eliminate the water level deviation: auxiliary signal from the elimination method and auxiliary signal cancellation method. The use of auxiliary steam flow signal and water flow rate on the elimination method to eliminate the water level deviation of the boiler drum water level control in accordance with practical requirements, the use of fuzzy PID control, the use of MATLAB simulation toolbox SIMULINK design two-input single-output fuzzy controller on the boiler drum the waterlevel to the next value in a given simulation. Using conventional PID and fuzzy control approach to PIDF drum level,compared to two control strategies of anti-real images,simulation images show that the latter's anti-interference ability and robustness better, can guarantee the stability of the water level, and can effectively solution can not be resolved with conventional PID "false level" problem.Finally, a brief introduction by the drum water level of several measurement methods and about the impact of measurement error, and the elimination method, through on-site example of the drum water level measurement solution to the problem of not allowed to reduce measurement error due to the water level to the negative drum water level impact.Key words: Drum water level、PID control、fuzzy PID control,、water level measurement error第一章绪论1.1 课题背景与意义目前，我国现有工业锅炉几十万台，各种工业炉窑十万余台。

模糊自整定pid在汽包液位控制中的应用
汽包液位控制是火电厂在发电过程中常用的控制系统，其目标是控制燃烧室烟气密度恒定。

由于煤气挥发变化和细微的温度变化，所以实现汽包周期性控制是一种非常具有挑战性的任务。

因此，利用自整定技术开发汽包液位控制系统来处理此类非线性调节问题具有重要的意义。

模糊PID是近几年发展起来的一种新的控制方法，该方法将PID控制中的积分、微分参数改为模糊变量，增强控制器的稳定性和优化性。

它将传统的PID控制系统中固定的定值参数改为可变参数，能够实现自适应调参，使控制系统具有更强的优化和自整定能力。

基于模糊PID技术，可以有效地开发出汽包液位控制系统，对汽包中的液位进行实时控制。

PID控制中，模糊变量综合考虑系统延时、液位干扰以及温度变化，从而使汽包液位调整得到优化，有效避免汽包液位过大或过小所带来的问题。

同时，模糊PID自整定还可以调整PID参数，在满足系统性能要求的情况下提高对系统振荡噪声的抑制能力，保持系统稳定，得到较好的控制效果。

因此，将模糊PID技术运用到汽包液位控制中，可以实现系统的自整定拓宽系统的控制范围，可在更复杂的环境中实现汽包液位控制，确保发电安全性和稳定性。

模糊PID在水位控制系统中的应用为了解决造纸行业对恒定水位的控制问题，设计并应用了水位恒定控制系统中的模糊PID控制器。

详细论述了模糊PID算法的设计过程，通过实验验证了此方法的可行性。

实现了水位控制系统的PID参数的在线调整，达到了对水位的有效控制的目的。

引言水位控制系统在造纸行业得到广泛应用，如果液位控制不好，液位高了或低了，会影响纸张的质量。

本文将模糊控制和PID控制结合起来，实现PID参数的在线调整，可以有效地解决系统的非线性和不确定性，同时随时根据系统的输入与反馈的偏差及偏差率来调节水位，实现水位的恒定。

实验结果表明，这样既能防止超调又能提高响应速度，明显地改善了系统的动态和静态性能，在水的压力及负载变化的情况下也能保持水位的恒定。

1 水位控制系统本系统的控制对象如图1所示：假若液罐I和液罐Ⅱ里面均是水，由液罐I的水通过进水管的水泵将水输送到液罐Ⅱ。

水位的控制过程如下：水位变送器检测到的水位值通过PLC 送到控制器中，该值与控制器的设定值进行比较，如果检测到的值小于设定值，那么控制器将输出调节信号，经过PLC、手操器，最终将信号送至出水管的电动调节阀上，此信号将阀关小。

如果检测到的值大于设定值，那么阀将开大。

如果检测值与设定值正好相等时，这时的出水量应与水泵的进水量相等，保持动态平衡犯。

2 水位的模糊PID控制2．1模糊PID的构成常规的PID控制虽有着原理简单、使用方便等优点但却不具备在线调整参数P、I、D 的功能，使其不能满足系统在不同条件下对PID参数自调整的要求，模糊控制器是一种近年来发展起来的新型控制器，其优点是不要求掌握被控对象的精确数学模型，而根据人工规则组织决策表，且由该表决定控制量的大小。

模糊控制器代替了传统的控制器，它是模糊控制系统的核心部分。

由输入量模糊化、模糊控制规则、模糊决策等几部分组成，如图2所示。

点击图片查看大图图1 水位控制结构框图点击图片查看大图图2 模糊控制系统原理框图2．2模糊-PID控制原理模糊一PID控制器是以误差e和误差变化率ec作为输入，根据不同的偏差和偏差率对PID参数进行在线调整，以满足不同时刻对控制参数的不同要求，而使被控对象有良好的动、静态性能，如图3所示。

锅炉水位常规PID、神经网络PID 模糊PID控制的仿真分析控制理论与控制工程姓名：学号：10摘要本文首先分析了影响锅炉汽包水位的各种干扰因素，并对汽包的结构及水位的动、静态特性进行分析。

介绍了常规的PID控制方式，由于锅炉汽包水位控制系统的调节器的输入端常加有不确定的输入量，极易引起水位控制产生偏差，所以本文提出了采用BP神经网络PID、模糊PID，来消除锅炉汽包水位偏差。

并用MATLAB对BP神经网络PID、模糊PID、常规PID对锅炉汽包水位控制进行仿真，对比三种控制策略下的仿真曲线，仿真结果表明模糊PID、BP神经网络PID的响应速度快，调整时间少，抗干扰能力和鲁棒性更好，可以保证锅炉汽包水位的稳定。

关键词：汽包水位、PID控制、模糊PID控制、BP神经网络PID控制、MATLABAbstractThis paper first analyzes the influence of boiler liquid level of interference factors, and drum water level dynamic and static characteristics are analyzed. This paper introduces the traditional PID control method, because the boiler drum water level control system often add some uncertain inputs, it easily cause water level control produces deviation. So this paper proposes using BP neural network PID, fuzzy PID, to eliminate the boiler drum water level deviation. With MATLAB on BP neural network PID, fuzzy PID simulation of boiler drum water level. And the conventional PID and fuzzy PID, BP neural network PID method to control the drum liquid level, compared to three control strategy simulation shows that fuzzy emulated images image, PID, BP neural network PID response speed, less response time, anti-jamming and robustness, can guarantee the stability of the boiler liquid level.Keywords: the drum water level, PID control, fuzzy PID control, BP neural network PID control, MATLAB目录1、选题意义 (5)2、常用锅炉汽包水位方案及问题 (5)3、汽包水位控制的研究现状 (6)4、汽包水位系统的组成 (6)4.1汽包的作用 (6)4.2汽包水位系统 (7)5、汽包水位常规PID控制的仿真分析 (7)6、汽包水位神经网络PID控制的仿真分析 (9)7、汽包水位模糊PID控制的仿真分析 (12)8、常规PID、BP神经网络PID、模糊PID对锅炉水位的抗扰动仿真分析 178.1对锅炉汽包水位加阶跃扰动 (17)8.2对锅炉水位加白噪声扰动 (18)9、结论 (20)10、参考文献 (21)11、控制程序附录 (22)1、选题意义锅炉是一种既受压又直接受火的重要设备，是火力发电厂三大主机之一，而且还是轻工业生产过程中的热源和动力源，如为蒸馏、干燥蒸发等提供热能，为风机、泵类提供动力。