基于模糊PID的除氧器温度控制系统研究与设计

论文摘要

除氧器是将溶解在水中的有害气体尤其是水中的溶解氧从水中除去,以免这些有害气体进入锅炉系统造成热力设备腐蚀,从而影响锅炉系统的正常运作,所以除氧器在热力发电厂中起到了很重要的作用。除氧系统具有滞后、时变、非线性等特点,对此常规PID控制器无法获得满意的效果,为了保证除氧器能达到很好的除氧效果,就需要采用先进的控制方法。很多学者研究了如何对除氧器的压力、水位进行控制,本论文以除氧器为被控对象,分析了PID控制和模糊控制的优缺点,将PID控制和模糊控制的优点结合起来,采用模糊规则在线整定PID的k_p、k_i、k_d三个参数的模糊PID技术设计了除氧器的温度控制系统。文中以模糊PID控制算法为基础,设计了以AT89S51单片机作为核心的嵌入式系统,并配有键盘和显示组成小型操作系统,并介绍了硬件电路设计和软件程序设计,针对嵌入式系统的硬件和软件方面介绍了一些工程上实用的抗干扰措施。文中使用MATLAB软件对PID控制、模糊PID控制分别进行了仿真研究,仿真结果表明参数模糊PID控制能满足调节时间短、超调量小且稳态误差在104±3℃内的控制要求；在实验室条件下,模拟现场环境,对系统进行了软件的调试及实验仿真。实验结果表明,系统能够达到预期的指标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 1 绪论
• 1.1 锅炉除氧概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 被控对象及控制策略
• 2.1 热力除氧系统介绍
• 2.1.1 水中气体的溶解特性
• 2.1.2 热力除氧原理
• 2.1.3 热力除氧的根本途径
• 2.1.4 热力除氧器的构造
• 2.1.5 热力除氧器的运行
• 2.2 被控对象动态特性测定
• 2.2.1 控制器的确定
• 2.2.2 被控对象的数学模型
• 2.3 热力除氧器温度控制方案设计
• 2.3.1 系统设计思路
• 2.3.2 控制方案的确立
• 3 模糊PID控制在除氧系统温控中的应用
• 3.1 PID控制
• 3.1.1 PID控制的基本原理
• 3.1.2 PID控制器的参数整定方法
• 3.1.3 PID控制器的优缺点
• 3.2 模糊控制
• 3.2.1 模糊控制的基本原理
• 3.2.2 模糊控制的优缺点
• 3.3 模糊PID控制
• 3.3.1 模糊PID控制的基本原理
• 3.3.2 模糊PID控制器的设计
• 4 热力除氧器温度控制系统仿真和分析
• 4.1 MATLAB及其模糊逻辑工具箱和仿真环境Simulink
• 4.1.1 MATLAB简介
• 4.1.2 仿真环境Simulink
• 4.2 仿真建模
• 4.3 仿真结果分析
• 5 热力除氧器温控系统的硬软件设计
• 5.1 硬件设计
• 5.1.1 AT89S51单片机
• 5.1.2 键盘和LED显示电路设计
• 5.1.3 测温电路设计
• 5.1.4 通信电路设计
• 5.2 软件系统设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 初始化程序
• 5.2.3 A/D采样子程序
• 5.2.4 模糊PID控制部分软件设计
• 5.2.5 显示子程序
• 5.2.6 键盘扫描及键处理子程序
• 5.3 系统抗干扰设计
• 5.3.1 硬件抗干扰措施
• 5.3.2 软件抗干扰措施
• 5.3.3 系统软件调试与仿真实验
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录一 系统电路原理
• 在校学习期间发表的论文