基于MATLAB的锅炉汽包液位控制仿真研究

基于MATLAB的锅炉汽包液位控制仿真研究

摘 要

锅炉是化工、炼油、发电、造纸和制糖等工业生产过程中必不可少的重要动力设备。锅炉往往成了不少工厂不可缺少的一部分。因而，对锅炉设备中的自动控制系统进行分析研究是必要的。

锅炉是工厂生产过程中重要的动力设备。锅炉水位控制系统是锅炉生产控制系统中最重要的环节。对锅炉生产操作如果不合理往往会引起事故。这些事故中的大部分是由于锅炉水位控制不当引起的，可见锅炉汽包水位控制在锅炉设备控制系统中的重要性。

传统的锅炉汽包液位控制系统大都采用PID控制。而模糊控制不要求知道被控对象的精确数学模型，只需要操作人员的经验知识及操作数据，鲁棒性强，适合用于非线性、滞后系统的控制，但其静态性能不能令人满意，限制了它的应用。为消除模糊控制的稳态误差，本文将FUZZY-PID引入锅炉汽包液位的控制系统中，并利用Simulink分别在设定值及干扰作用下对控制系统进行仿真，结果表明，较之单纯的模糊控制和常规PID控制，这种控制效果较为理想，可满足锅炉的汽包液位控制要求。

关键词：汽包液位；PID控制；模糊控制；FUZZY-PID控制；仿真

目   录

前言 1

1.锅炉控制及主要研究内容 3

1.1锅炉控制现状 3

1.2控制方法的分类 3

1.3文章主要内容 4

2．锅炉汽包液位系统特性与控制方法分析 6

2.1锅炉汽包液位概述 6

2.2汽包水位的动态特性 6

2.2.1汽包水位在给水流量作用下的动态特性 7

2.2.2  汽包水位在蒸汽流量作用下的动态特性 9

2.3锅炉汽包液位控制 11

2.3.1单冲量控制系统 11

2.3.2双冲量控制系统 12

2.3.3三冲量控制系统 13

3.控制理论分析 15

3.1PID控制理论 15

3.1.1PID控制器简述 15

3.1.2PID控制器的结构 15

3.2模糊控制理论 17

3.2.1模糊控制理论的基本思想 18

3.2.2模糊控制的系统组成 18

3.2.3模糊控制器的工作原理 19

3.3模糊PID控制 22

3.3.1模糊-PID控制器的基本结构 23

3.3.2模糊PID控制器的设计步骤 23

4.锅炉汽包液位PID控制系统设计及仿真研究 25

4.1  关于MATLAB 25

4.1.1  关于SIMULINK 25

4.1.2  仿真实现 26

4.2锅炉汽包水位的PID控制 26

4.2.1  汽包液位的PID控制系统的建立 26

4.2.2  PID参数的整定 28

5．模糊-PID控制系统设计及仿真研究 34

5.1  模糊-PID控制器设计 34

5. 2  仿真实现 35

5.3 几种控制效果比较分析 36

6．结束语 37