淺談?dòng)痛o鍋爐水位仿真控制

馮禮賓 李峰

摘要：針對(duì)船用輔鍋爐水位難以建立精確的數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，為了便于建立較為精確的模擬控制單元，借助MATLAB/SIMULINK，以鍋爐水位作為控制對(duì)象，對(duì)鍋爐水位控制器進(jìn)行建模分析，使鍋爐水位理想的模擬控制單元。鍋爐水位控制的任務(wù)是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，給水量的變化隨蒸發(fā)量的變化而變化，并維持鍋爐水位在工藝允許的范圍內(nèi)，以保證鍋爐的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：鍋爐水位；PID；模糊控制；仿真

1.概述

鍋爐水位仿真研究的內(nèi)容：鍋爐水位控制的內(nèi)容是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發(fā)量，給水量的變化隨蒸發(fā)量的變化而變化了，并維持鍋爐水位在工藝允許的范圍內(nèi)。針對(duì)鍋爐水位難以建立數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，為了便于建立較為精確的模擬控制單元，借助MATLAB/SIMULINK，對(duì)控制器進(jìn)行建模分析以實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐水位的仿真控制。以鍋爐水位作為主要控制對(duì)象，對(duì)鍋爐水位控制器進(jìn)行建模分析并用MATLAB仿真，還用了幾種控制方式的對(duì)比，從而得出鍋爐水位控制器的理想模型。

2.常規(guī)PID的研究

輸入部分為鍋爐水位的偏差 ，控制參數(shù)包括 ，傳遞給控制對(duì)象傳遞函數(shù)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)負(fù)反饋來(lái)完成控制過(guò)程。

3.帶斜率控制器和飽和限制的PID仿真研究

輸入部分為偏差 ，傳遞給PID控制模塊，該控制模塊的參數(shù)包括 ，經(jīng)過(guò)斜率控制器Rate Limiter和飽和控制器Saturation的處理后，傳遞給控制對(duì)象，再經(jīng)過(guò)一個(gè)負(fù)反饋來(lái)完成控制過(guò)程。

4.模糊PID的仿真控制研究

輸入信號(hào)為偏差 和偏差率 ，經(jīng)過(guò)模糊邏輯控制器Fuzzy logic controller的模糊控制在進(jìn)一步傳遞給PID控制系統(tǒng)，然后傳遞給控制對(duì)象，再將輸出信號(hào)反向回傳給加減運(yùn)算器，進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)。

5.模糊自適應(yīng)PID的仿真研究

輸入信號(hào)為偏差 和偏差率 ，經(jīng)過(guò)模糊邏輯控制器Fuzzy logic controller的模糊控制在進(jìn)一步傳遞給PID控制子系統(tǒng)Subsystem，然后傳遞給控制對(duì)象，再將輸出信號(hào)反向回傳給加減運(yùn)算器，進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)。

6.幾種PID控制方法的綜合對(duì)比

常規(guī)PID控制超調(diào)量大（最大值接近1.5），過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)（接近6s）；帶斜率控制和飽和限制的PID控制超調(diào)量較小（接近1.1），過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)（接近6s）；模糊PID控制超調(diào)量小，甚至可以實(shí)現(xiàn)無(wú)超調(diào)，但過(guò)渡時(shí)間較長(zhǎng)（接近4s）；模糊自適應(yīng)PID控制超調(diào)量小，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)超調(diào)，過(guò)渡時(shí)間短（接近2.5s）。

顯然，模糊自適應(yīng)PID控制方法作為最佳控制方案，它結(jié)合了模糊PID超調(diào)量小和自適應(yīng)過(guò)渡時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，取得了較好的控制效果，控制性能優(yōu)于傳統(tǒng)PID和模糊PID，一定會(huì)有較為廣闊的應(yīng)用前景。

7.結(jié)論

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)船用輔鍋爐動(dòng)態(tài)響應(yīng)過(guò)程的分析得到了鍋爐水位控制的數(shù)學(xué)模型，借此對(duì)鍋爐水位進(jìn)行控制仿真分析，得到了鍋爐各種工況下的工作特性曲線，通過(guò)對(duì)曲線進(jìn)行分析，驗(yàn)證了本設(shè)計(jì)的控制方法對(duì)鍋爐控制非常有效，從而為船用輔鍋爐水位的控制找到了一有效的方法。比較了傳統(tǒng)PID、帶斜率控制器和飽和限制的PID、模糊PID和模糊自適應(yīng)PID的超調(diào)量和過(guò)渡時(shí)間，找出了最佳控制方案，最佳控制方案的具體特征：超調(diào)量小、響應(yīng)速度快、波動(dòng)次數(shù)少、動(dòng)靜態(tài)穩(wěn)定性能好、抗干擾能力強(qiáng)。

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