基于matlab的锅炉液位模糊控制系统设计

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1、基于MATLAB的锅炉液位模糊控制系统设计摘要：本文首先介绍了锅炉控制系统的基本结构特性，分析了锅炉液位控制具有非时变和滞后性等特征，采用模糊控制技术来实现对锅炉液位实时跟踪控制，试验仿真结果表明，模糊控制系统能够较好的获取液位控制系统的动态和静态性能，体现了该控制系统的可靠性和优越性，为工业生产应用提供相应的理论。关键词：模糊控制；锅炉液位；模糊控制器；跟踪控制；MATLAB在工业控制过程屮，锅炉是电厂和化工厂等行业领域常见的生产蒸汽的机械设备，在控制系统屮作为被控对象，其输出参数主要为液位，液位是一个关键的控制技术因索，锅炉液位控制系统存在非线性，滞后，耦合等特征，不易获取

2、精确数学模型，因此，基于研究单变量、时不变和线性控制系统的经典控制理论方法是不能够满足控制系统要求，难以表达和处理这类不确定性，不完全性和时变性系统，不能较好地获取液位控制系统的静态和动态性能。模糊控制以不清楚控制对象，把控制对象的操作经验用语言表述为模仿人模糊规则送入机器屮完成对系统的自动控制的实现，让计算机能够识别判断，认识和处理及其利用,它可脱离控制系统的数控模型而是依赖于各类设定的模糊规则，模糊控制技术在非线性复杂动态控制系统能获取阻尼参数性能和减少响应过度超调，体现出了应用的优越性，实现了对控制系统更精细，更高效和更可靠的控制⑴。1.锅炉液位控制系统的基本结构及工作原

3、理1.1锅炉液位控制系统的基本结构锅炉液位控制系统一般由锅炉，调节器，调节阀，省煤器及汽鼓等部件构成。在生产蒸汽过程屮，为保证锅炉正常运行，就需控制其液位为正常设定值。锅炉液位过高，则易使蒸汽带水溢出锅炉带来危险；而锅炉液位过低，则易烧干锅导致严重的机械故障，损害设备及发生事故⑵。当蒸汽的耗汽量与锅炉进水量相等时，液位保持为参考值，当锅炉的给水量不变，蒸汽负荷突然增加或减少吋，液位也随之发生相反的变化，从而导致锅炉液位发生变化，不论出现什么情况，锅炉液位参考值与实际值之间存在一定的误差，可认为，控制器均可控制，去开大或关小给水阀门，使液位保持恒定⑵。实际上误差是随机的，不可避免

4、。这里我们不再考虑。因此，必须设计一个高性能的控制器来严格对锅炉液位高低的控制来保证锅炉安全正常地运行。下图1为锅炉液位控制系统的方框图。干参图1比较器控制器输出信号扰数1.2锅炉液位控制系统的工作原理图1所示，锅炉为被控对象，系统的输出为锅炉液位，其中干扰参数包含给水压力或蒸汽负荷变化等相关的内外扰动参数，测量反馈元件是用來测量或指示锅炉液位，并根据一定规则转化为一定的信号送入模糊控制器中，得出液位偏差，然后根据模糊控制规则发出相应的输出信号作用于调节阀使其发生规定动作；调节阀在控制系统中起到执行元件的作用，根据控制信号对锅炉的进水量进行调节，阀门的运动取决于阀门特性，与输入

5、信号呈现某种曲线关系变化。为保证安全，这里的给水调节阀一般采用气关阀，一旦发生断气现象,阀门保持打开位置，保证汽鼓不被烧干损坏。液位信号的输出可以通过液位传感器來获得，从而通过锅炉液位转换为电量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。1.3锅炉液位控制系统的工作原理图1所示，锅炉为被控对象，系统的输出为锅炉液位，其中干扰参数包含给水压力或蒸汽负荷变化等相关的内外扰动参数，测量反馈元件是用來测量或指示锅炉液位，并根据一定规则转化为一定的信号送入模糊控制器中，得出液位偏差，然后根据模糊控制规则发出相应的输出信号作用于调节阀使其发生规定动作；调节阀在控制系统中起到执行元件的作

6、用，根据控制信号对锅炉的进水量进行调节，阀门的运动取决于阀门特性，与输入信号呈现某种曲线关系变化。为保证安全，这里的给水调节阀一般采用气关阀，一旦发生断气现象,阀门保持打开位置，保证汽鼓不被烧干损坏。液位信号的输出可以通过液位传感器來获得，从而通过锅炉液位转换为电量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制。2模糊控制系统的设计2.1模糊控制系统结构分析基于模糊控制技术的锅炉液位控制系统的核心是模糊控制器，设计性能优良的模糊控制器对模糊控制系统起到重要作用。因此在设计模糊控制器的过程屮，主要是确定模糊控制器的结构，选择模糊子集、建立相应的模糊规则并选定近似推理算法，根据积累

7、的操作经验和历史测试数据，建立模糊控制规则⑶。根据锅炉液位控制系统的要求，采用二维FC,它采用双输入、单输出基本控制结构，且选取能够反映锅炉控制过程中的输岀液位参数变量的动态特性，最终实现系统的参数辨识。这里，选用参输入量液位Level和流量rate作为控制器的两个输入分量，选用输出控制对象调节阀Valve作为输出分量。根据上述分析，木系统采用的是Sugneo型推理模糊控制器。2.2模糊控制器FC的设计锅炉液位模糊控制器的设计一般遵循以下规则：首先对锅炉液位控制系统进行综合分析，选择确定系统