模糊控制在主汽温控制中的应用
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基于遗传算法的模糊控制器在主汽温中的应用研究的开题报告一、选题背景和意义:在煤电等能源产业中,锅炉是一种非常重要的设备之一,其主要目的是将水加热为蒸汽来驱动发电机。
而锅炉的主汽温度则是锅炉操作的核心参数之一,因为它直接影响锅炉的热效率和安全性能。
如果锅炉的主汽温度过高或过低,很可能在给电网供应电力的同时却带来了不良后果。
因此,如何准确控制锅炉主汽温度的变化,成为了锅炉控制的一个重要问题。
传统的 PID 控制器无法取得理想的控制效果,尤其是对于超大型以及复杂的工业锅炉来说,PID 控制器的调试难度非常高。
而模糊控制器则是一种不错的选择,它灵活度高、对参数变化的适应性强,因此在锅炉温度控制方面有着很好的应用效果。
然而,模糊控制器的规则数目较多而且规则语义不够明确,因此需要通过遗传算法来优化它的参数,以达到更好的控制效果。
因此,我们选取基于遗传算法的模糊控制器在锅炉主汽温度控制方面进行探究,旨在寻求一种可行可靠的控制方法,优化锅炉控制效果,提高锅炉运行效率,同时降低锅炉运行成本。
二、研究内容:本课题将通过对锅炉主汽温控制的理论研究和实验数据的收集与处理,采用基于遗传算法的模糊控制器,设计一种可行的温度控制系统,并进行验证和优化。
具体研究内容:1. 研究锅炉主汽温度控制的基本原理和特点。
2. 分析传统 PID 控制器和模糊控制器的优缺点,论述模糊控制器在锅炉主汽温度控制中的应用优势。
3. 设计基于遗传算法的模糊控制器的控制模型,建立温度控制系统,选择适当的输入与输出变量,并规定适宜的模糊集合。
4. 确定模糊控制器的优化目标,对其参数进行适当的设计,选择相适应的遗传算法,优化模糊控制器的控制效果。
5. 进行实验数据的采集和处理,比较分析模糊控制器与传统 PID 控制器在锅炉主汽温度控制中的效果差异。
三、预期成果与结论:1. 设计基于遗传算法的模糊控制器用于锅炉主汽温度控制,完成控制系统建立。
2. 通过实验数据的采集和处理,比较分析模糊控制器与传统 PID 控制器在锅炉主汽温度控制中的效果差异。
模糊自适应PID控制器在火电厂主蒸汽温度控制中的应用研究摘要:火电厂主蒸汽温度控制系统中的控制对象具有大滞后和大惯性等特点,并且影响主蒸汽温度变化的因素很多。
用传统的PID控制方式则很难将被调量控制在目前国家规程规定的允许偏差范围内。
本文分析了一种基于PID参数的模糊控制器的新型方法-模糊自适应PID控制器,并由仿真结果证明了其良好的控制效果。
关键词:主汽温系统模糊自适应PID控制仿真火力发电机组控制系统应用集散控制系统后,使发电机组的“自动投入率”等控制指标得到了较大提高。
然而,很多发电厂仍然沿袭传统的PID控制模式,使控制品质并没有得到明显提高。
例如很多火电厂的锅炉主蒸汽温度等控制系统,也很难控制在确定的目标范围内[1]。
在模糊控制的基础上,将模糊控制与传统PID结合得到的自适应PID控制器则能够在火电厂主汽温控制系统中的更加良好效果。
1 火电厂主汽温控制系统介绍主蒸汽温度控制的任务是维持过热器出口温度在允许的范围之内,并保护过热器,使其管壁温度不超过允许的工作温度。
过热蒸汽温度是锅炉汽水系统中的温度最高点。
如果过热蒸汽温度偏低,则会降低发电机组能量转换效率;而且汽温偏低会使汽轮机尾部蒸汽湿度增大,严重影响汽轮机的安全运行[2]。
过热蒸汽温度串级控制系统由主参数、副参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路、主对象和副对象组成。
串级控制系统具有很强的克服内扰的能力、提高系统的工作频率和有一定的自适应能力等特点。
2 PID控制与模糊控制在工业控制中,PID控制一直都被广泛应用。
PID控制器算法和结构比较简单,不要求精确的数学模型,并且其控制效果比较理想。
此外,对于受控对象特性的稍许变化,PID控制性能指标不是很敏感,这极大地保证了系统调节的有效性。
PID调节可用于补偿系统使之达到大多数品质指标的要求。
因此,PID调节是工业领域最广泛应用的基本控制方式[3~4]。
模糊控制具有许多传统控制无法与之比拟的优点,其中主要有:不需要掌握过程的精确数学模型;为一种非线性控制方法,工作范围宽,特别对复杂、非线性系统,其控制效果比PID控制的效果好等。
审稿意见:电厂锅炉主汽温模糊控制器的研究与应用郭峰,王建伟,高澎亮(华北水利水电学院河南郑州450011 )摘要:针对火电厂主汽温系统的大滞后、大惯性、非线性等特点,提出了模糊控制的思路,设计了模糊控制模型并与普通PID控制进行了比较。
应用Matlab软件进行了仿真研究,从仿真结果中可以看出:模糊控制鲁棒性高、系统响应快,与常规PID控制相比,具有明显的优势. 关键词: 主汽温;模糊控制;PID控制;Matlab仿真中图分类号: TM273.4 文献标识码: AThe Research and Application of Fuzzy Controller in theTemperature Control of Superheated Steam in Power PlantGuo Feng Wang Jianwei(North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power,Zhengzhou 450011,China)Abstract:Considering the long time lag, big inertia and nonlinearity characteristic of fresh steam temperature,we apply fuzzy controller to the control of boiler's main-stream temperature,and presents a fuzzy controlling system comparing with normal PID control.Carrying on simulate base on Matlab.Simulation results show that,fuzzy controll can provide a better control quality,stronger robustness, quicker speed than the conventional PID control.Keywords: the Main-stream Temperature, fuzzy controll, PID control,Matlab Simulatlon,1.引言火电厂中从汽包出来的蒸汽,经过锅炉烟道中的过热器同高温烟气热交换,在过热器出口所得到的蒸汽温度被称为主蒸汽温度或过热蒸汽温度,简称主汽温度或过热温度[1]。
模糊控制在主蒸汽温度控制系统中的应用
1 基本概念
模糊控制是一种非线性控制技术,它在自动控制中应用非常广泛,尤其是用于系统模型较不明确、参数较不准确的系统控制中非常有用。
模糊控制是一种模糊数学建模的控制技术,它将系统变量之间的关系
建模为一个模糊规则,从而使得控制者能够以直观的形式表达专家知识,并有一定的自适应性和抗干扰性。
2 主蒸汽温度控制系统
主蒸汽温度控制系统包括主蒸汽温度流量检测器、蒸汽比例阀、
主蒸汽止回阀以及调节阀等主要组成部件,主要用于监控和控制物料
的温度,是保证工艺生产及物料质量的重要环节。
3 模糊控制在主蒸汽温度控制系统中的应用
由于主蒸汽温度控制系统的输出反应器在不同循环周期内都不断
变化,且其输出范围很广,有规律也有波动,因此,应用模糊控制技
术可以帮助控制器对低频振荡更有效地响应,进而提升蒸汽温度的控
制效果。
此外,在模糊控制系统中,当调节量过于大时,可采取分模
式或是调节压力来降低调节量,减少干扰。
同时,模糊控制也可以提
高调节器的抗外界干扰能力,使系统对大的输入扰动的反应均衡,使
控制精度大大提升。
4 结论
模糊控制在主蒸汽温度控制系统中的应用,可以帮助控制器更有效地响应低频振荡,并提升蒸汽温度的控制效果,同时,也可以提高系统的抗外界干扰能力,以达到更好的控制效果。
模糊-PID控制系统在过热蒸汽温度控制中实际应用及分析摘要:本文结合广西华磊3x350MW流化床机组#1机组过热蒸汽控制中存在的问题以及常规串级PID控制过热蒸汽温度存在的变负荷过程中系统稳定性差的分析,总结出一种新的控制方法以及思路,优化控制逻辑,并且得到很好的实际应用结果,对以后其他机组过热蒸汽温度控制提供了很好的控制思路以及方法。
该控制思路在后续的机组过热蒸汽温度控制中得到了很好的应用。
关键词:过热蒸汽温度串级控制模糊鲁棒性1.概述蒸汽温度控制在火电厂安全经济运行方面有着相当重要的地位,也是防止锅炉超温的一种重要手段,但绝大多数火电厂的锅炉系统不时会出现锅炉主蒸汽超温或过热器局部超温的问题,这就涉及如何有效地控制锅炉减温水系统的问题了。
主汽温是锅炉运行质量的重要指标之一,主汽温过高或过低都会显著地影响电厂的安全性和经济性。
主汽温过高,可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分金属损坏,特别是目前在国内外大量使用超临界、超超临界锅炉,对蒸汽温度的要求更为苛刻、严格。
因而主汽温的上限一般不超过额定值5℃;主汽温过低,会降低全厂的热效率并影响汽轮机的安全运行。
在经典控制理论中,人们通常假定调节量响应迅速且远大于调节对象的变化量,但在生产实践中,大多数控制系统并非如此。
锅炉主蒸汽温度信号是一个大迟滞信号,火电厂锅炉蒸汽温度控制系统通常采用串级PID调节方式,在工况相对稳定的情况下,每台锅炉都能将蒸汽温度控制得很好,但是,在较大幅扰动情况下就不一定了。
特别是在极端情况下,如果过热器出口温度呈现上涨趋势,主调PID需要减小其输出至辅调的指令,而进入辅调缓慢降低,这时导前温度没有上升甚至还下降,这种现象由于测点取样位置太靠近减温器或者其他因素导致的温度剧烈变化,无法真实反映温度的实际变化,经运算,减温水调节阀会随着导前温度的剧烈变化而震荡变化,最后发生锅炉主蒸汽温度超温问题,若出现调节量受限,后果可能更为严重。
循环流化床锅炉主汽温的模糊预测函数控制循环流化床锅炉是一种高效、环保的燃煤锅炉,具有燃烧效率高、烟气排放低等优点,被广泛应用于工业、农业、建筑等领域。
然而,循环流化床锅炉主汽温的控制一直是一个难点问题,直接影响着锅炉的安全运行和经济效益。
为了解决这一问题,研究者们提出了各种主汽温控制方法,其中模糊预测函数控制是一种较为有效的方法。
一、循环流化床锅炉主汽温的控制循环流化床锅炉主汽温的控制是指在锅炉运行过程中,通过对主汽温度的控制,使其保持在一定范围内,以保证锅炉的正常运行和热能利用效率的最大化。
主汽温度的控制需要考虑多个因素,如锅炉的负荷变化、燃烧状态、风量、给水温度等,因此需要采用精确的控制方法。
二、模糊预测函数控制的原理模糊预测函数控制是一种基于模糊数学理论的控制方法,它通过对系统的输入和输出进行模糊化处理,建立模糊预测函数,预测系统的未来状态,并根据预测结果进行控制。
具体来说,模糊预测函数控制包括以下几个步骤:1、对系统的输入和输出进行模糊化处理,建立模糊预测函数。
2、根据模糊预测函数预测系统的未来状态。
3、根据预测结果进行控制,调整系统的输入,使其达到期望的输出。
模糊预测函数控制的优点在于可以处理模糊信息,适应系统的非线性、时变、不确定性等特点,具有较好的鲁棒性和适应性。
三、模糊预测函数控制在循环流化床锅炉主汽温控制中的应用循环流化床锅炉主汽温的控制需要考虑多个因素,如锅炉的负荷变化、燃烧状态、风量、给水温度等,因此需要采用多变量控制方法。
模糊预测函数控制是一种适合多变量控制的方法,因此可以应用于循环流化床锅炉主汽温的控制。
具体来说,可以将循环流化床锅炉的主汽温度、负荷、燃烧状态、风量、给水温度等因素作为系统的输入变量,建立模糊预测函数,预测主汽温度的变化趋势,根据预测结果进行控制,调整系统的输入,使主汽温度保持在期望的范围内。
四、模糊预测函数控制在实际应用中的效果模糊预测函数控制在循环流化床锅炉主汽温控制中的应用已经得到了验证。
模糊控制在主汽温控制中的应用摘要模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论,它是智能控制的一个重要分支。
在现代火力发电厂中,锅炉过热蒸汽温度对电厂的安全经济运行有重大的影响,是需要监视和控制的主要参数之一。
而主汽温被控对象不仅具有大滞后的特性,而且模型不确定,机组工况变化时,调节通道的时滞现象也会改变。
由于模糊控制的鲁棒性比较好且构造容易,所以采用模糊控制技术可以很好的完成工业生产中的任务。
本文根据专家的经验和要求总结成的模糊控制规则,设计出一种模糊控制器并应用于主蒸汽温度的控制,利用MATLAB进行编程对该主蒸汽温度控制系统进行调试仿真,仿真结果表明该控制系统响应速度比较理想。
关键词:模糊控制,过热气温,MATLABFuzzy control of temperature in the main controlABSTRACTFuzzy control is the establishment of the modern control theory based on the fuzzy set of linguistic rules and fuzzy reasoning,it is an important branch of intelligent control.In a modern thermal power plant boiler,superheated steam temperature is important, and it is need to monitor and control. The main steam temperature controlled object is not only has large delay characteristics, but also model uncertainty.When the unit operating conditions change,the channel delay phenomenon will change. The robustness of fuzzy control is better and easy to construct, so the fuzzy control technique can be very good to complete tasks in industrial production.According to experts' experience and requirements to design a fuzzy controller and applied it to the main steam temperature ing MATLAB to programming and debug and the simulation results show that the control system response fast.KEYWORDS: fuzzy control,overheating temperature,MATLAB目录前言 (1)第1章绪论 (3)1.1 课题背景 (3)1.2 模糊控制的起源及发展 (3)1.3 模糊控制方法的研究现状 (4)第2章模糊逻辑的数学基础 (6)2.1 模糊集合 (6)2.1.1 经典集合 (6)2.1.2 模糊集合的定义 (6)2.1.3 模糊集合的表示方法 (6)2.2 隶属函数 (7)2.2.1 确定隶属函数的基本方法 (8)2.2.2 常用隶属函数 (9)2.3 模糊关系及其运算 (10)2.3.1 经典关系 (10)2.3.2 模糊关系 (11)2.3.3 模糊关系的运算 (13)2.3.4 模糊关系的合成 (14)2.4 模糊语言及逻辑推理 (14)2.4.1 语言变量 (14)2.4.2 模糊逻辑推理 (15)2.5 模糊向清晰化的转换 (16)2.5.1 重心法 (16)2.5.2 最大隶属度法 (16)2.5.3 系数加权平均法 (17)2.5.4 隶属度限幅平均法 (17)2.5.5 中位数法 (17)2.5.6 小结 (18)第3章模糊控制原理 (19)3.1 模糊控制基本思想 (19)3.2 模糊控制系统的工作原理 (19)3.2.1 人---机系统中操作者的控制思想 (19)3.2.2 模糊控制系统的组成 (20)3.2.3 模糊控制系统的特点 (21)3.3 模糊控制器原理 (22)3.3.1 模糊化策略 (22)3.3.2 知识库设计 (23)3.3.3 模糊推理 (25)3.3.4 解模糊化方法 (25)第4章主汽温模糊控制系统 (27)4.1 概述 (27)4.2 主汽温调节系统的控制方案 (27)4.2.1 传统过热汽温调节系统 (27)4.2.2 模糊控制器输入量和输出量的确定及模糊化 (30)4.2.3 模糊规则的确定 (31)4.2.4 模糊推理 (32)4.3 仿真研究 (32)4.3.1 模糊控制器参数的确定 (32)4.3.2 仿真结果 (35)结论 (37)谢辞 (38)参考文献 (39)外文资料翻译 (41)前言二十世纪后半叶,计算机技术得迅速发展给自动控制技术的提高提供了一个肥沃的土壤,以计算机技术为依托的自动控制技术在硬件和软件的实现上有了一个长足的发展。
世界各地尤其是英国、美国、日本等国的各大公司纷纷推出了自己的集散控制系统的产品。
将自动控制的水平从分散控制提高到集中分散的水平。
但是它仅仅代表了控制技术的一个方面,控制技术的另外一个领域——控制策略,也就是控制器的调节原理还基本采用原来的PID 调节。
随着数学领域模糊数学的发展,模糊数学的理论在应用中取得了令人刮目的成果。
它的应用领域涉及自动控制、图像和文字识别、人工智能、地质地震、医疗诊断、航空航天等很多方面。
目前,在火电厂中,各种类型的PID控制器因其结构简单、参数的物理意义明确、易于调整并且具有一定的鲁棒性,在理论上有成熟的稳定性设计和参数整定方法,同时在工程应用中积累了丰富的实践经验,因而依然在热工过程控制系统中占据着主导地位。
但是,PID控制器本身存在的一些缺陷使得它在实际应用中的控制效果不是很理想。
尤其对于主汽温这样的大惯性、大迟延、具有时变性、现场存在诸多干扰因素的被控对象,采用常规的具有一组固定参数的PID控制器还存在许多问题。
控制学家及工程设计人员们在不断改进PID控制方案的同时,将智能控制、模糊控制等新型控制技术引入到过程控制领域,并取得了丰硕的成果。
模糊控制方法在处理不确定性因素和抗干扰方面具有突出的优点,故研究基于模糊控制理论的火电厂主汽温控制系统具有重要的意义。
模糊控制理论可以有效且便捷地实现人的控制策略和经验,对对象的依赖性不大,而且模糊决策具有明显的非线性,所以对复杂对象的控制其控制效果比较好,在一定负荷下,模糊控制器能快速消除干扰,对一定范围内的参数时变或负荷扰动具有较强的鲁棒性。
Carcia和Morari在1982年提出了内模控制,这一控制的优点是能将PID控制、SIMULINK预估控制、确定性线性二次最优反馈控制和多种预测控制等归纳在同一架构之下,内模控制设计简单、跟踪性能好、鲁棒性强、能消除不可测干扰的影响,是一种设计和分析预测控制系统的有力工具[1]。
在控制工程中,被控对象总是含有种种不确定性。
如果用精确数学模型设计相应的控制器,那么当不确定参数变化剧烈时,往往难以获得满意的控制效果,甚至造成无法控制。
为了解决这个问题,出现模糊控制等方法。
这些方法在一定条件下是可行的。
但是当系统操作环境突变例如被控对象发生故障或运行环境发生突变,系统的参数变化很大,常规自适应控制器中的辨识器难以跟随参数的实际变化,导致控制器性能不佳;另外,基于对象模型识别的常规自适应控制器以及目前已提出的模糊自适应控制器或者基于神经网络实现的自适应控制器.由于计算量大,控制规律复杂,很难满足实时性要求,尤其是在操作环境突变的暂态性比较差。
论文主要有以下几个方面的工作需要完成:1.了解模糊控制的基础知识及原理。
2.熟悉MATLAB仿真工具SIMULINK。
3.利用上述模糊控制方法针对主汽温这一温度对象,进行模糊控制器设计,进行仿真实验。
第1章绪论1.1 课题背景主蒸汽温度是锅炉的主要参数之一,它对锅炉的安全经济运行有着重大的影响:汽温过高会使锅炉受热面及蒸汽管道金属的蠕变加快,影响使用寿命,导致设备的损坏或使用年限缩短;汽温过低,将会使机组循环热效率降低,使煤耗增大,同时汽温过低不仅使汽轮机内部热效率降低,还会造成汽轮机末级叶片侵蚀加剧;过热汽温变化过大,还会引起汽轮机转子和汽缸的涨差变化,甚至产生剧烈振动,危及机组安全运行,因此必须严格地将主汽温控制在给定值附近。
目前,主蒸汽温度控制基本上沿用PID串级控制策略。
在主蒸汽温度串级PID控制系统中,有时会将负荷信号、燃料量信号、主蒸汽压力信号、给水流量信号以前馈形式引入到串级系统的副调节器中,以实现“超前”调节。
但以调节参数固定不变的PID控制器来控制主蒸汽温度这种时变的复杂对象时,控制效果仍会很不理想。
为此,以智能控制技术的思想被广泛的用于主蒸汽温度控制过程控制中,模糊控制技术就是其中的一种。
与传统控制技术相比模糊控制技术具有以下优点:第一,模糊控制在许多应用中可以有效且便捷的实现人的控制策略和经验,这一优点自从模糊控制诞生以来就一直受到人们密切的关注;第二,模糊控制不需要被控对象的数学模型即可实现较好的控制,这是因为被控对象的动态特性已隐含在模糊控制器输入、输出模糊集及模糊规则中。
所以用模糊控制来对主汽温进行控制应该会有比较好的效果。
1.2 模糊控制的起源及发展模糊控制是近代控制理论中建立在模糊集合上的一种基于语言规则与模糊推理的控制理论,它是智能控制的一个重要分支。
模糊控制最重要的特征就是反映人们的经验以及人们的常识推理规则,而这些经验与常识推理规则是通过语言来表达的。
比如说“温度太高,温度上升的速度也很快,则大幅度降温控制”。
对于用语言表达的这种经验,必须给出一种描述的方式,而且这种经验是多种多样的。
模糊规则中和考虑众多的控制策略,是一种尝试推理规则。
当然,由于对系统缺乏了解,一开始控制效果可能并不太好,但经过若干次探索后终归能实现预期的理想控制。
这说明传统控制理论必须向前发展,而人工智能、模糊控制就是在这种背景下产生并发展起来的。
1965年,美国加利福尼亚大学扎德在一篇论文中首先提出模糊集合的概念。
1973年,扎德又进一步研究了模糊语言处理,给出了模糊推理的理论基础。