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锅炉水位的参数自调整Fuzzy

大庆石油学院 电气信息工程学院 付光杰 李越男大庆开发区宏伟工程监理有限公司 刘伟秋1前言

在蒸汽锅炉运行中，水位是一个很重要的控制参数。若水位过高，影响汽水分离的效果，使用气设备发生故障；而水位过低则会破坏汽水循环，严重时导致锅炉爆炸。同时高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而锅筒的体积相对来说较小，所以锅炉水位控制显得非常重要。锅炉水位自动控制的任务，就是控制给水流量，使其与蒸发量保持平衡，维持锅筒内水位在允许以免由于紧固件松动造成大的损失的范围内变化。

2锅炉水位的动态特性

根据物料不平衡和热平衡的关系，锅炉当传感器遭到拉力P的效果时汽包水位调节对象的动态特性方程经推导和化简可写成：

其中h是汽包水的高度；TW是给水流量项的时间常数；TD是蒸汽流量项的时间常数；KD是蒸汽流量项的放大倍数；KW是给水流量项的放大系数；

可见，引起汽包水位变化的扰动主要是蒸汽流量(称为外扰动)和给水流量(称为内扰动)。内扰动时，汽包通风管道水位调节对象的运动方程式可表示为：

两边取拉氏变换，结合工程实际忽略较小的TＷ，并考虑到汽包水位在较长一段时间里不随给水量的增加而增加，可得到该过程的动态数学模型为遮弧帘：

式中，τ为给水扰动下的纯滞后时间，Td=1/ε为水位反应时间。一般锅炉τ为30～100S，Td为30～150S。本石油沥青系统仿真过程中喷泉取τ为45Ｓ，Ｔd为130S。

外扰动下，汽包水位调节对象的动态特性方程为：

对上述方程进行拉氏变换，并令K＝（ＫＤＴ２－ＴＤ）／Ｔ１，Ｔ＝Ｔ１／ＫＤ，得

3锅炉水位的参数自调整Ｆuzzy_PI控制器设计

水位系统模型是在对系统影响较小的因素(燃料量、蒸汽压力)忽略，考虑主要影响因素(给水流量、蒸汽流量)的情况下建立的，这样的控制品质指标比较差，故采用Fuzzy控制方法对水位系统进行控制。控制系统如图1所示。 图中Ｋ１、Ｋ２为Fuzzy控制器的量化因子，Ｋ３为比例因子，E、、U分别为误差e、误差变化率和控制量u的模糊语言变量。

采用Fuzzy控制可有效地改善其动态性能，使响应时间加快，超调量减小。但当对系统加一定随机干扰后，其稳态性能较差，存在一定的静差。这是由于Fuzzy控制器只有比例和微分作用，它只考虑了偏差和偏差变化量，而没有考虑偏差和累加，所以Fuzzy控制器不能消除余差。

因PI控制器具有较好的静态指标，如果用Fuzzy控制器与PI控制器组成Fuzzy_PI复合控制器，系统的特性将有明显的改善，为进一步提高动态特性，使系统具有一定的自适应能力，可采用参数自调整Fuzzy_PI控制器。在系统应变片式的拉、压力传感器国表里品种繁复有较大偏差时，Fuzzy控制器起作和，系统接近稳态后，PI控制器起作用。

所谓参数自调整就是当e、较大时进行粗调，这时可以降低e或的分辨率，采用较大的控制量，放大K１和K2，放大KＰ和K１，当e、较小时，提高e、的分辨率，采用微小的控制量的改变，缩小K１物K2，缩小KＰ和K１，为简单K１和K2放大(或缩小)倍数与KＰ和K１放大(或缩小)的倍数相同，这样可以只对K１和K2进行讨论。

参数自调整算法是先以原来的K１和K2对e、进行量化，查修改表可得参数应放大(或缩小)的倍数。按下式计算Fuzzy控制的新参数。

4锅炉水位的参数自调整

Ｆuzzy_PI控制器的仿真 仿真结果示于图3，其中曲线1为Fuzzy控制仿真结果，曲线2为参数自调整Fuzzy_PI控制仿真

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