基于遗传算法的锅炉水位控制器设计

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1、基于遗传算法的锅炉水位控制器设计王平淤WANGPing日王肖霞于WANGXiao-xia(淤江苏省场高级中学，南通226100；于江苏省海门中等专业学校，南通226100)(淤BaochangSeniorHighSchoolofJiangsu，Nantong226100，China；HaimenSecondarySpecializedSchoolofJiangsu,Nantong226100,China)摘要:文章分析了锅炉水位控制系统的基木原理及结构，针对传统PID控制器的不足之处设计了基于遗传算法的新型锅炉水位控制器，在此基础上搭建了

2、锅炉水位控制系统。最后，通过仿真验证了该水位控制器在改善水位系统稳态误差及动态超调方面均具有较好的作用。Abstract:Inthispaper,thebasicprincipleandstructureofboilerwaterlevelcontrolsystemareanalyzed.AimingattheshortcomingsofthetraditionalPIDcontroller,boilerwaterlevelcontrollerbasedongeneticalgorithmisdesigned,andthentheboil

3、erwaterlevelcontrolsystemisestablished.Fnally,Thewaterlevelcontrollerisverifiedbysimulationtohavegoodeffectinimprovingwatersystemsteady-stateerroranddynamicovershoot.关键词院锅炉水位；PID控制；遗传算法Keywords:boilerwaterlevel；PIDcontrol；geneticalgorithm中图分类号院TP273文献标识码院A文章编号院1006-4311(2

4、014)29-0070-020引言锅炉是我国现代工业中的重要设备，同时也是生活中必不可少的供暖供水设施，在全国各地中小学有着广泛的应用。学校具有人口密度大等问题，而且学生年龄较小，自我保护意识薄弱，因此，保证锅炉的安全稳定运行具有重要的意义。水位是锅炉正常运行中必须控制的一个重要参数，它直接影响到锅炉系统的安全性与稳定性。因此，水位控制是锅炉控制系统中的一个重要组成部分，但同吋这也是一个复杂的控制过程。由于锅炉负荷波动范围大、启停频繁，人工操作一般很难保证系统长期安全稳定的运行，所以，自动控制己成为锅炉安全高效运行的保证。[1,2,5]0

5、前传统PID控制是釆用最多的锅炉水位控制方式，但是因为锅炉各种参数的频繁变化，导致传统PID控制方式往往难以实现预期的要求。随着现代控制理论的发展，各种先进控制算法不断出现，本文在此基础上提出了基于遗传算法的锅炉水位PID控制方式，该控制方式可以实参系统参数自整定，克服了传统PID控制方式的控制精度差以及参数变化复杂等缺点，基本可以实验锅炉水位较高精度的实时控制。[2-4]1锅炉水位控制系统结构及原理锅炉水位控制系统主要包括锅炉水位检测、进水流量检测、阀门控制等几个单元。一般而言，在控制锅炉水位吋控制系统首先检测给定水位和实际水位、进水控

6、制阀与负载等参数，然后动作进水控制阀并检测水位是否达到给定要求，以此判断进水控制阀的开通和关断。基于遗传算法的水位控制器在传统PID控制中注入了类似人的思想意识，通过基于遗传算法设计的PID控制器来推算控制系统需要的各个参数，并应用于控制系统中。[4,7]系统为双闭环控制：外环由水位变送器、控制器、内环冋路及控制对象构成，称为水位环，主要作用是控制锅炉水位高低也主控环；内环是进水流量测量装置、控制器、进水控制阀构成的冋路，也称为流量环，主要作用是控制进水侧的扰动，稳定流量，内环为辅助环。基于遗传算法的锅炉水位控制系统结构图如图1所示。2基

7、于遗传算法的PID控制器设计本文在设计基于遗传算法的PID控制器吋主要遵循以下思想。首先，把PID控制器需要的三个关键参数kp，ki，kd按照进行二进制编码，取值范围根据系统实际参数确定，由此得到三个字串；然后，将三个字串相连来构成一个完整空间个体，随即便可产生一定数量的个体；最后，根据遗传算法对每个个体进行计算以此得出新的个体，对每个新个体进行适度评估以及遗传算法操作。［6］如果新个体不满足系统要求可按照上述思想重复进行直到满足优化条件。遗传算法PID控制器系统结构图如图2示。3控制系统仿真及分析根据上文中设计的控制系统及控制器在MAT

8、LAB/simulink环境下搭建仿真模型。设置某校锅炉蒸发量为126t/h，锅炉水位要求稳定在设定值的［-4.2，4.2】cm范围内，阀门控制信号为4〜20mA电流信号。［4］根据锅炉控制系