【精编】毕业论文（设计）基于参数自整定模糊PID的火电厂输煤系统的仿真研究.docx

本科毕业论文（设计）密级：无基于参数自整定模糊PID的火电厂输煤系统的仿真研究系 院物理系学科门类工学专 业能源与动力工程班 级 学 号 姓 名 指导教师 教师职称 毕业论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或 撰写的成果或作品本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担作者签名：年 月 日毕业论文版权使用授权书本毕业论文作者完全了解学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学院保留并向有 关毕业论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授 权本学院及以上级别优秀毕业论文评选机构将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数 据库以资检索，可以采用复印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文导师签名:声明人签名:针对火电厂输煤控制系统具有时变性、滞后性等特点，在matlab仿真软件下，提 出了参数自整定Fuzzy-PID方法，并与常规PID进行了对比仿真，仿真结果表明：参数 自整定相比常规控制具有调节时间短、超调量低、稳态误差小等优点，且对对象特性中 的参数变化具有很强的适应能力，能够满足系统提出的控制性能指标要求，对实际应用 具有十分重要的工程应用价值。

关键词：输煤控制系统参数自整定Fuzzy-PID控制MATLAB仿真软件摘要 I1绪论 11.1选题来源及意义 11.2国内夕卜研究状况 11. 2. 1国内电厂输煤控制系统的发展现状 11. 2. 2国外火力发电厂输煤控制系统现状 21. 3本选题的研究目标与主要内容 21. 3. 1研究目标 21. 3. 2主要内容 21.4内容创新点 32火电厂输煤控制系统 42. 1输煤系统简介 43模糊控制理论 53. 1 PID 控制 53. 1. 1 PID控制原理 53. 1. 2 PID参数对系统性能的影响 53. 1. 3 PID参数调整规律 63. 2模糊控制的基本原理 63. 3模糊控制器的结构 74基于模糊控制的参数自整定PID的设计 84.1给煤机系统模型的建立 84. 2自整定参数的模糊PID控制器的原理 104. 3参数自整定模糊PID控制器的设计 114. 3. 1输入参数和输出参数的确定 114. 3.2模糊理论领域的确认 114. 3.3隶属度函数的确定 114. 3. 4控制规则的确定 134. 3. 5模糊推理 194. 3.6解除模糊 205输煤系统的参数自整定模糊PID控制器的MATLAB仿真 215. ISimulink系统在MATLAB环境中的应用 215. 1. 1 打开 MATLAB 方式 215. 1. 2 SIMULINK仿真基本步骤 215. 2建立模糊控制输煤系统的仿真模型图 215. 3通过MATLAB仿真对输煤控制系统进行分析 23结论与展望 24参考文献 25附录 26致谢 301绪论1.1选题来源及意义靠皮带的传送来实现物料运送的皮带传输系统在现代工矿企业、农业医疗、商业军事等 领域都被广泛运用⑴。

皮带式运输系统具有造价低、维护工作少、自动化程度较高、传送效 率较高等特点特别适合长距离大宗型物料的运送，特别是在燃煤送料、采矿运输、港口码头 等货物运输的领域更是广泛的使用⑵火电厂输煤系统也是采用带式传动的运输系统在发 电厂生产发电过程中火力发电厂的输煤给煤系统占据着重要成分，电厂的发电量效率取决于 其运行的程度间因为输煤系统条件不好，系统分布零散，传输距离很远，大多数设备要求 都是强电的设置因此，火力发电厂的发电能力直接关系到输煤系统的质量火力发电厂输煤系统的配煤环节是发电生产过程中的一个重要环节⑷煤质变化将会引 起电厂发电成本的改变，包括撼料成本的变化和锅炉改造的成本变化火电厂锅炉的煤炭燃烧 有其对应的煤种，锅炉在设计之初便给定了其设计煤种，并具体给出了其热值、水分、挥发分、 灰分、硫分、可磨性等性能指标要求，达到此类性能限值，锅炉才能充分发挥燃烧率，从而提高 生产效率囚一般的单煤品种很难满足上述性能指标需求，即使满足也会由于资源稀缺、价格 上涨而造成生产成本过高；因此将多种煤种按一定比例进行配煤，再通过模糊自整定PID参数 技术对变频器进行精确的控制，从而控制给煤机对各种煤量的输送，达到性能指标要求，节约 生产成本,提高效率同。

1.2国内外研究状况1.2.1国内电厂输煤控制系统的发展现状早期国内建设的火电厂的输煤给煤系统相对较为落后，早期小机组火力发电机组的输煤 系统多是基于人工手动方式和继电器控制的半自动系统，已显得十分陈旧和落后，现场生产 环境及工况十分恶劣巾在启动停止输煤设备时，需要工人们按照输煤工艺的先后顺序进行 各个设备的启停因此需要一定数量的工人在现场进行施工操作及运行维护而且生产现场 环境恶劣，噪音大，粉尘多，在这种环境下长期工作会对工人们的健康造成了很大的损害近年来，随着计算机技术的飞速发展以及国外先进技术的陆续引进，大型火力发电厂的 输煤系统逐渐由基于和上位机组成的网络集中控制取代了传统的半自动化控制但是国内多 数输煤给煤控制的控制系统依然相对较为落后，主要体现在以下几个方面：(1)系统的控制 方式落后，长期运行故障点较多，故障率2)监控信号未能完全接入控制系统，行程有效 的实时监控闭环反馈3)控制软件不完善，软启动及堵转保护等功能不齐全完善，给煤及 计量控制精度不高4)系统不具备完备的屏蔽功能，由于输煤给煤系统占地较大，线路较 长且多处于露天环境工况不佳，系统要实现高效可靠的控制，必须具有较好的抗干扰性和屏 蔽功能。

1.2. 2国外火力发电厂输煤控制系统现状火力发电厂输煤给煤系统中国外的自动化、程控化开始较早，当今大部分选用PLC+计算机控 制的方式，自动化生产通过远程控制高效运行，近年来，这个技术的发展简单从三个方面概 述：（1）带式输送机的多样化及其应用范围的扩大，比如带式输送机的倾角很高、形状是管 状的带式输送机、转弯形式的带式输送机以及不一样的机型；（2）长距离输煤系统的稳定可 靠性大大提高，通过现场总线网络控制，对系统运行进行工况检测，并且采用柔性启动、空 转保护、堵转保护等技术，大大降低了输送皮带的磨损及系统的故障率间3）自身带式型 的输送机技术能力和配备水平就有很大进展，特别是大规模的皮带输送系统具有远距离、多 运量、高带速的特点，已经成为当今首要趋势目前，世界上单距离大型带式输送机已用于 澳大利亚铝土矿的投资；运输量最大的皮带运输机运力可达，带速，已应用于德国露天煤矿[9] o当前，全世界先锋的大型皮带输送机主要核心技术和配备的特点概括以下几方面：（1） 为了在至万吨的年输送量能够达到效率高、产量高、生产精益的需求，输送机的参数设置都 以大型化为发展目标；（1）为了实现对输送机的实时动态监测与控制，输送机采用了工控机 监测与控制和动态分析与控制技术等高新技术，应用了多种自动皮带张紧与软起动技术。

有效降低了输送带的动态张力，使输送机处于最佳运行状态，提高了输送效率；（2）为 了增加输送机输送距离，应用多机驱动及平衡系统功率、输送变向等先进技术，同时采用模 块化、通用化输送装备，保障系统单元的可靠性；（3）采用大量新的核心部件，包括大功率 驱动设备和调速设备、高效储能带设备、自清洗辗设备、高寿命高速辐等如采用了变频调 速设备的输送机，它的运输能力达，能够随着工作面改变而快速自动移动，减少人工工作量, 提高生产效率1 ■ 3本选题的研究目标与主要内容1-3.1研究目标根据输煤控制系统时变和滞后的特点，将模糊控制理论引入输煤控制系统中，利用MATLAB 仿真软件设计了适用于输煤控制系统的模糊PID的控制器，使系统满足调节时间短、超调量 低、稳态误差小等控制性能要求1.3.2主要内容对输煤系统的工艺流程做了简单介绍，了解输煤系统的基本结构，并对其工作的过程和 控制要求进行了详细的说明首先简单引进了传统PID控制的知识以及模糊控制的基本知识，分别了解了 PID控制的 特点和模糊控制的特点根据火电厂输煤给煤系统的特点，首先根据机理分析方法建立给煤机系统的数学模型， 完成了适用于给煤机控制系统的模糊PID控制器具体的设计过程。

根据给煤系统建立模型，在研究参数自整定控制策略的基础上进行MATLAB系统仿真，分 析1.4内容创新点在堵仓等情况下，给煤机挡板需人工调整，对象特性发生变化，因此自动配煤系统是一个惯性, 时变，滞后的系统，如用常规的PID控制，控制参数不易调整;若采用模糊自整定PID参数 控制算法，能够修改控制器参数，从而达到控制要求2火电厂输煤控制系统2. 1输煤系统简介输煤系统的出发点是自卸车卸煤卸煤机断煤时，卸煤桥完成卸煤工作煤卸下来过后, 可以直接利用皮带机输送到煤罐中，也可以先把煤输运到煤场储存起来,然后再经过斗轮机和 皮带机输运进煤罐煤罐中的粗煤经过给煤机，持续匀速的配备给上煤皮带输送机,输送带 连接成封闭环形，用张紧装置张紧输送带，在电动机的驱动下，依赖于输送带和驱动滚筒之 间的摩擦力，能够让输送带不断运转，再给碎煤机筛分加工，进到原煤仓，如果使原煤仓的煤 量加以合理分配，就要让梨煤气的抬落得到控制，根据顺序配煤和优先配煤原理，实现输煤控 制火力发电厂输煤自动控制系统十分复杂，包括工业控制计算机、PLC控制器、给煤机、 电子皮带秤和变频器等主要设备输煤自动控制系统的工作原理是首先设定一个煤量值，将 这个煤量值通过数学模型转化成变频器所需的频率值，同时显示在工业控制计算机的监控画 面中。

系统运行过程中，电子皮带称称重传感器不断检测瞬时煤流量，并经过模数转换后传 送至参数自整定Fuzzy-PID控制模块，一系列的预处理后，控制系统的输出信号可以通过模 糊运算得到的，然后将信号发送到变频器通过数字模拟转换为4-20niA，调速电动机的转速随 之变化，最终实现整个系统闭环控制，从而达到输煤自动化、智能化的目的，能满足各类性 能指标的要求该系统的框图2-1所示图2-1输煤系统组成框图3模糊控制理论3. 1 PID控制3. 1. 1 PID控制原理PID控制算法简单，具有良好的鲁棒性等优点，并且在实际使用过程中不需要建立精确 的系统模型，所有在PID控制系统中都是最早开发的控制策略，PID控制器在各个系统运行 中很常见PID控制器的首要控制原理是经过控制的预设值与实际得到值之间的偏差，而且 通过偏差的比例、积分、微分等得到详细的输煤量加以控制PID控制系统结构图参照图3-1, 我们能看出，r (t)是这个系统的输进来的值，y (t)是需要测量的值，比例、积分、微分 的偏差信号e(t)由u(t)来调控图3-1 PID控制结构框图PID控制总结出来的公式为u(t)=kpe(t)+ki e ( t ) d ( t ) + (kdde (t)) /dt o从这个式子里 可以看出：PID的输出信号是u(t)； PID控制的输进信号和偏差信号是e(t)；比例系数用KP 表达；KI当作积分时间常数；KD用微分时间常数标出。

组件K『e (t)与e (t),称为比例 作用；分量kf e(T)d(T)与e(t)对时间t的积分成比例，这种作用关系称为积分；其中Jo分量(Kdde(t))/dt与e(t)对时间t的导数之间的关系称作为微分作用3. 1.2 PID参数对系统性能的影响在PID控制系统中，设置和调节合适的PID参数K”。