锅炉汽包水位自适应模糊控制与仿真

曹宇+田思庆+张炳权+郑家风

摘要：在锅炉运行中，对水位的控制要求特别高，因为它关系到锅炉系统的安全与稳定，水位控制是一种非线性，强耦合的多变量系统。模糊控制具有不依赖控制对象建立精确数学模型、具有超调较小、防止振荡等优点。本文针对这个现象设计了模糊自适应系统，并对其进行了MATLAB仿真实验。结果表明模糊自适应系统对锅炉水位有很好的控制作用。

关键词：汽包水位；自适应模糊；PID控制；仿真

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）22-0195-03

Abstract： In the boiler， the water level control requirements are particularly high， as it relates to the security and stability of the boiler system， water level control is a nonlinear， strongly coupled multivariable systems. Fuzzy control does not depend on having a control object to establish accurate mathematical model， with small overshoot， etc. to prevent shaking. In this paper， this phenomenon a fuzzy adaptive system， and gain the MATLAB simulation. The results show that the fuzzy adaptive system for boiler water level have very good control.

Key words： Drum Level； simulation； Fuzzy adaptive PID control

1 锅炉供水系统

1.1 锅炉供水系统工作原理

锅炉供水系统是由锅炉主体、液位传感器、给水阀和各种管道构成。控制系统是通过液位传感器返回的测量数据，去控制阀门开度的大小和开闭的时间来维持锅炉内的水位，来保证锅炉的水位在一个安全的范围值之内[1]。锅炉控制系统如图1所示。

1.2 在给水流量作用下汽包水位的动态特性

锅炉的输入量就是给水量，在给水量发生变化时，汽包水位对象的微分方程式可以表示为：

2 汽包水位模糊控制自适应系统设计

自适应模糊PID控制系统，使用了性能优越的模糊控制器取代了参数无法改变的常规PID控制器，使用PID和偏差e和偏差变化率ec相结合，通过使用模糊推理对PID进行在线整定，可以得出被控对象有良好的静、动态特性[2]。则模糊PID控制器结构如图2所示。

3锅炉汽包水位的自适应模糊控制系统MATLAB仿真

3.1 锅炉汽包水位模糊控制系统仿真结构图的搭建

模糊规则制定完成后，在SIMULINK环境下中建立智能控制系统模糊控制仿真结构图，并对系统进行仿真实验，在Simulink中的模糊自适应PID控制系统如下所图7所示[6]。

锅炉水位仿真结果的自适应模糊PID控制如图8所示。

3.2 锅炉汽包水位模糊控制系统的MATLAB仿真

在Simulink环境下，PID控制系统仿真框图如图9所示，仿真曲线如图10所示。

在锅炉汽包水位控制系统，通过SUMLINK建立的两种不同形式的PID曲线，可以看出丛这两个仿真曲线图有些不同，采用模糊自适应控制系统的PID曲线具有更好的控制效果，比经典的PID控制器具有更快的动态响应特征，丛模糊自适应控制系统结果曲线可以很好的看出系统能很快的趋向平衡点，这就表明系统响应速度很快，超调量比较小，完成系统稳定控制的时间短，控制精度也很高，并且控制结果非常稳定。

4 结论

此项研究从锅炉系统控制的特点出发，将锅炉水位控制系统进行模型化分析，得出锅炉水位控制系统在工业过程中表现出的非线性，大滞后，强耦合，不容易控制等特点的结论。此研究根据以上模型得出的结论，将PID控制和模糊控制理论相结合，弥补了传统PID控制器难以达到理想控制效果的不足，既延续了PID控制中稳态精度高的优点，又将模糊控制融入其中，此两种控制理论的结合，使锅炉控制系统保持在最优的实时参数上，达到了令人满意的控制效果。

参考文献：

[1] 娄伟，刘向东.模糊控制在锅炉汽包水位控制系统中的应用[J].山东农业大学，2010（1）.

[2] 李成浩.锅炉水位PID控制与模糊控制的比较研究[J].商，2012（21）：135-135.

[3] 高俊.锅炉汽包水位模糊控制的应用研究[J].上海应用技术学院，

[4] 张鑫.模糊PID技术在控制锅炉汽包水位的初探[J].机械制造与自动化，2013，42（2）：170-174.

[5] 王爱军.锅炉汽包水位的模糊自适应控制[J].华北水利水电学院，2012（12）.

[6] 于洪泽.锅炉汽包水位自整定模糊PID控制[J].沈阳理工大学，2008（3）.