锅炉压力控制系统研究.doc

东北林业大学毕业论文中华人民共和国教育部东北林业大学 毕业设计 论文题目： 锅炉压力控制系统研究 学 生： 李绍杰 指导教师： 张 妤 讲师 学 院： 成人教育学院 专 业： 电气工程及其自动化2010 2011年7月3火电厂粉尘分析及治理方法研究摘 要压力控制在工业控制中一直是富有新意的课题，对于不同的控制对象，有着不同的控制方式和模式压力系统惯性大、滞后现象严重，难以建立精确的数学模型，给控制过程带来很大难题本文以电厂锅炉主蒸汽压力为研究对象，研究一种最佳的控制方案，以达到系统稳定、调节时间短且超调量小的性能指标。

本文对主汽压力可采用的控制方案进行了深入研究，首选的研究方案是PID控制压力PID控制器的原理，是将压力偏差的比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制PID控制的重点是参数的调节，本文利用了人工整定方法对其参数进行整定第二个研究方案是模糊PID控制，研究了模糊控制的机理，确定了模糊控制器的结构通过对主汽压力特点的分析，建立了模糊控制规则表借助MATLAB中的Simulink和Fuzzy工具箱，对锅炉主汽压力PID控制和模糊PID控制进行仿真分析结果表明模糊PID控制效果达到了锅炉主汽压力控制系统的性能指标，是一种较为理想的智能性控制方案关键词：压力控制；模糊PID控制；参数整定；仿真 Research on pressure control of boiler systemSummaryPressure control in the industrial control has always been the innovation topics. For different control objects .Have different control modes and patterns. The pressure system inertia is big. The lag is serious. Different to establish accurate mathematical model. To the control procedure brings great challenges. Object this article to main steam pressure of boiler in power plant for study. Study of a best of control program. To achieve the system stability. Adjustment time is short and small overshoot of the performance.This article the control plan which may use to the host steam pressure has conducted the through research. The first choice research plan is the PID control .Principle of pressure PID controller. Is the ratio of the pressure deviation. Integral and differential through linear combination constitution control quantity. Control of the controlled object. PID control parameters is the focus of adjustment. This article used the artificial installation method to carry on the installation to its parameter. The second research plan is the fuzzy PID control. Has studied the fuzzy control mechanism. Determine the structure of the fuzzy controller. Through to host steam pressure characteristic analysis. Has established the fuzzy control rule table. With the aid of in MATLAB Simulation and Fuzzy toolbox. For boiler main steam pressure PID control and simulation analysis of fuzzy-PID control. The result indicated the fuzzy PID control effect has achieved the boiler host steam pressure control system performance index. Is one kind of more ideal intelligence control plan.Key words: Pressure control Fuzzy PID Control Parameter Setting Simulation目 录摘要Abstract1 绪论 11.1 课题的研究背景 11.1.1 国内外电厂主蒸汽压力控制的简介及现状 11.1.2 模糊控制理论介绍 21.2 模糊控制在电厂锅炉主蒸汽压力控制系统中的应用 31.3 本文主要研究内容 42 模糊基本理论 52.1 模糊集合论 52.1.1 模糊集合及其表示 52.1.2 模糊集合的基本运算及其法则 52.1.3 确定隶属度函数的方法 62.1.4 两种常用的隶属度函数 62.1.5 模糊关系和模糊关系矩阵 72.2 模糊语言变量 72.3 模糊推理 82.3.1 似然推理 82.3.2 Mamdani推理 82.3.3 基于模糊关系R的Mamdani推理法 82.4 本章小结 93 锅炉主蒸汽压力的模糊控制器的设计 103.1 电厂主蒸汽压力被控对象的数学模型特性的分析 103.2 锅炉主蒸汽压力的模糊PID控制器 113.2.1 控制系统结构 113.2.2 PID控制的要求 113.2.3 模糊PID控制器的设计 123.2.3.1 语言变量的模糊化 123.2.3.2 模糊控制规则表 123.2.4 工作流程图 133.3 本章小结 144 仿真研究 154.1 仿真工具 154.1.1 MATLAB简介 154.1.2 Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱 154.2 PID控制器的仿真研究 164.2.1 PID控制器设计 164.2.2 PID参数的整定 164.3 模糊PID控制器的仿真研究 174.3.1 模糊PID控制器设计 174.3.2 模糊PID控制系统仿真 184.4 本章小结 195 结论 20参考文献致谢东北林业大学毕业设计锅炉压力控制系统研究 本题目来自于科研1 绪论1.1 课题的研究背景1.1.1 国内外电厂主蒸汽压力控制的简介及现状随着电厂锅炉机组越来越向着高参数、大容量的方向发展，对热工自动控制系统的控制品质的要求也越来越高。

从30年代起，锅炉控制中就采用了PID控制器目前，国内的锅炉燃烧控制仍然大多采用常规PID控制器，或者为了改善控制效果，加一些前馈控制控制方法远远落后于国外的控制技术，尤其是北欧国家和德国在国内无论是燃烧过程自动控制系统、汽包水位自动控制系统，还是主蒸汽压力自动控制系统等，主要都是采用各种类型的常规PID控制策略，也就是说PID控制在电厂的大大小小的控制系统中仍占着主导地位多年来，虽然PID控制在电厂热工过程控制中发挥了很大作用，在一些机组的某些控制系统上也有令人满意的控制效果，但是，由于PID算法本身的限制，在某些复杂对象上应用时，控制效果很不理想，甚至无法实现自动控制究其原因，主要是因为PID控制实施有效的前提是要有准确的被控对象模型当实际被控对象模型发生变化时，按照原被控对象模型进行参数整定的PID控制器的控制效果就很难保证了而且在实际的工程应用中，被控对象的模型往往是不精确的、时变的，有时甚至根本无法获得，这时采用常规的 PID控制就很难达到理想的控制效果也就是说面对越来越复杂的被控对象，常规PID控制己束手无策，要想获得好的控制效果，必须采用其它的控制策略英国科学家Ea.HeMamdani首先应用Fuzzy控制方法来控制用于试验的锅炉和汽轮机；美国德克萨斯州的某化工厂工业锅炉及所有蒸汽回路都采用了EXACT，蒸汽消费量减少了15%；在燃油锅炉上应用最优控制，自适应控制等现代控制技术的例子也有多次报道[1]。

电厂锅炉主蒸汽压力，是指从汽包出来的饱和蒸汽经过布置在锅炉烟道中的各种形式的过热器与高温烟气进行热交换后，最后在过热器出口所得到的蒸汽的压力它是电厂生产过程中的一个非常重要的监测和控制参数，过高或过低都会影响到机组的安全性和经济性主蒸汽压力过高，可能使过热器管道和汽轮机高压缸等设备产生变形而被损坏；主蒸汽压力过低，会导致机组效率降低因此，一般要求主蒸汽压力基本上维持在额定值(即给定值)附近 由于主蒸汽压力被控对象总是存在着一定的迟延，而且随着机组容量的增加和参数的提高，锅炉过热器管路长度和受热面面积增加，主蒸汽压力的迟延也会增大，而被控对象迟延越大，控制难度也越大，所以主蒸汽压力的控制已成为电厂各个控制系统中的一个控制难点在机组运行工况波动比较大时，许多电厂只好由运行人员手动进行主蒸汽压力的控制[6]通过对一些大型电厂主蒸汽压力控制情况的调研了解到：目前电厂的主蒸汽压力控制普遍采用串级PID控制策略(个别小型电厂的主蒸汽压力控制因迟延现象不是很严重仍采用单回路PID控制) 主蒸汽压力串级PID控制系统包括主回路和副回路两个回路副回路包括副调节器、执行机构、主蒸汽压力被控对象的导前区和测量导前压力的压力变送器。

副调节器一般采用比例调节器，它的任务是根据导前压力的变化调节减温水的流量，其作用是在扰。