基于MATLAB的锅炉水位模糊控制系统的设计和分析

摘要

    锅炉是化工、石油、电力等工业部门的重要热源、能源动力设备，锅炉控制系统的水平已经成为衡量锅炉性能的一个重要因素。锅炉安全经济的运行时刻保障着国民财产生命安全，促进国民经济发展，锅炉是受火焰加热且具有爆炸危险的特殊设备和压力容器，其使用安全性尤其重要。计算机控制系统的主要任务是对锅炉的主要被控参量进行自动控制，使锅炉在要求的良好工作状况下更好的运行。

    本文就是针对锅炉汽包水位的动态特性，研究模糊pid控制在锅炉控制中的应用。本文分别介绍了传统控制pid理论、模糊控制理论的起源与发展及其优缺点，通过对锅炉汽包水位动态特性的探讨，分析了锅炉汽包水位的控制特性与锅炉的给水流量和蒸汽流量之间的关系。通过对锅炉汽包水位的研究，得出传递函数以及特性曲线。分别采用传统的pid控制算法、模糊控制算法分别对锅炉的汽包水位进行控制，并采用MATLAB进行仿真验证，仿真结果证明，模糊pid控制有很好的控制效果，可满足锅炉的汽包水位控制要求。

对锅炉和工业炉采用计算机和模糊控制，具有减少环境污染，降低氧化物燃烧率，提高自动化水平，改善劳动条件等优点，同时可提高热效率，对实现工业现代化有一定的促进作用。

关键词：锅炉水位pid控制，模糊控制，MATLAB

ABSTRACT

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Keywords： pid control of boiler water level ，fuzzy control，MATLAB

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题背景与意义 1

1.2锅炉控制的研究现状 3

1.3 本文的主要研究内容 5

第二章 控制方法分析 6

2.1 PID控制器 6

2.2 模糊控制方法 8

2.2.1 模糊控制理论的起源与发展 8

2.2.2模糊控制的基本思想 10

2.2.3模糊控制系统的组成 12

2.2.4模糊控制器的设计 13

2.2.5论域.量化因子和比例因子的选择 17

       2.2.6 模糊控制的主要优点 19

2.2.7 模糊控制存在的问题 19

  2.3模糊PID控制 20

  2.4本章小结 21

第三章  锅炉汽包水位系统特性与控制策略分析 22

3.1 汽包水位的动态特性 23

3.1.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性 24

3.1.2 汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 25

3.2 锅炉汽包水位控制 27

        3.2.1 单冲量控制系统 27

        3.2.2 双冲量控制系统 28

 3.2.3 三冲量控制系统 28

3.3 本章小节 29

第四章 锅炉汽包水位控制方法设计与仿真研究 30

4.1 锅炉汽包水位的PID控制 31

4.2 锅炉汽包水位的模糊控制 31

4.2.1模糊控制器结构设计 31

4.2.2精确量的模糊化 31

       4.2.3建立模糊控制规则 33

4.2.4基于控制规则库的模糊推理 35

4.2.5仿真实现 35

4.3本章小节 41

第五章 总结与展望 43

5.1全文工作总结 43

5.2未来工作展望 43

参考文献 44

致谢 45