燃气热水锅炉控制系统的应用研究

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1、分类号：TP273密级：天津理工大学研究生学位论文燃气热水锅炉控制系统的应用研究(申请硕士学位)学科专业：控制理论与控制工程研究方向：智能控制理论及其应用作者姓名：孟国影指导教师：赵钢教授刘红苗高工2014年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’SDegreeResearchonApplicationofgas·-hotwaterboilercontrolsystemByMengGuo-yingSupervisorProf

2、．ZhaoGangSN．EngineerLiuHongmiaoJanuary2014独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天逮理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。々广、口，学位论文作者签名：盘l虱镯签字日期：bl‘：P年弓月f日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解墨盗

3、垄墨盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权墨盗墨兰盘至可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复本和电子文件。刊铅签字日期：加l竹弓月1日签字日期：如，l啤岁月r卢习7．、■弋名，签明峄拇师iUt亍槲导授本工6／胖影适}靛圉密．Of胎盘在，叠姘潞螃签^1}．剿坼雕文烈论锵位(挚摘要锅炉作为重要的动力和供暖设备，在经济发展中的地位越来越突出。然而燃煤锅炉的应用在过去占据了大部分份额，长期的运行经

4、验表明燃煤锅炉具有控制复杂、燃烧效率低、人力资源浪费和环境污染严重等缺点。在倡导绿色发展的今天，燃煤锅炉终将被其他的清洁能源所代替。本文主要针对燃气热水锅炉的应用进行工艺分析、算法仿真和控制系统设计。天然气是一种清洁能源，几乎零污染，同时燃气锅炉设备相对简单便于实现智能化控制，易于提高锅炉的燃烧效率。因此，首先分析了燃气热水锅炉的工艺过程和控制机理的实现方法，同时对燃气锅炉控制对象特性和任务进行分析，得出通过控制燃气比例阀和鼓风机风量来调节锅炉的出水温度。燃气锅炉是一个复杂的控制对象，具有非线性、大惯性和

5、时滞性的特点，因此选择合适的控制算法是一件非常重要的工作。工业现场中应用较多是线性PID算法，PID算法具有原理清楚、结构简单和稳态精度高等优点，但是算法本身对控制对象数学模型精度要求较高，而燃气热水锅炉不易建立精确的数学模型。所以本文介绍分析了模糊控制理论，并结合常规PID算法设计了模糊自整定PID算法，其中重点介绍了模糊控制器的结构和设计。为了验证模糊自整定PID算法理论分析的正确性以及对锅炉的控制效果，本文进行了模糊自整定PID算法和常规PID算法的仿真分析。首先借助MATLAB软件中的系统辨识工具

6、箱对中小型燃气热水锅炉的数学模型进行了辨识，这种方法的精度不高，但是完全满足仿真验证的需要。接着在MATLAB／SIMULINK中搭建了两种算法的仿真框图，并进行对比分析。仿真结果表明，模糊自整定PID算法具有更好的动静态性能和鲁棒性好等优点。最后，本文搭建了基于STM32燃烧控制器的硬件平台，在AltiumDesigner6．9上完成了原理图和PCB的工作，实现的功能主要有锅炉状态量和模拟量的采集、控制算法运算、PWM调节燃气比例阀和DAC输出控制鼓风机、继电器输出、RS485通讯电路、人机交互、实时时

7、钟、5ATG调试等。在硬件平台的基础上利用KEIL完成了软件设计，同时进行了模块化调试。关键词：燃气锅炉模糊自整定PID系统辨识MATLAB仿真STM32AbstractBoilerasallimportantsourceofpowerandheatingequipment，ismoreandmoreprominentintheeconomicdevelopment．However，theapplicationofcoal·firedboilerhasoccupiedmostoftheshareinthe

8、past，Long—termoperationexperienceshowsthatcoalfiredboilerhaslotsofshortcomingssuchascomplexcontrol，lowcombustionefficiency,humanresourceswasterandseriousenvironmentalpollution．Underthebackgroundofbuildingaharmonious