工业锅炉给水控制系统的研究

论文摘要

锅炉是发电、炼油、化工、造纸和制糖等工业部门必不可少的动力设备,为确保安全,稳定生产,锅炉的自动控制是十分重要的。其中汽包水位是一个非常重要的被控变量。因为汽包水位是工业锅炉安全、稳定运行的重要指标,保证水位控制在给定范围内,对于提高蒸汽品质、减少设备损耗和运行损耗、确保整个系统安全运行具有重要意义。目前,对汽包水位的控制大多采用常规PID控制方式。此方式是根据被控制对象的数学模型建立,由于锅炉汽包水位系统存在非线性、不确定性、时滞性、负荷干扰和非最小相位特征等,其精确的数学模型往往无法获得;而且常规PID控制的参数是固定不变的,难以适应各种扰动及对象的变化,其控制效果往往难以满足要求,控制效果不理想。本文对锅炉汽包水位的动态特性和几种常用的控制方法进行了详细分析,从而确定将传统PID控制与汽包水位三冲量控制方式相结合。通过对熟练操作人员的实践经验加以总结和描述,并用语言表达出来,得到定性的、不精确的控制规则,然后运用模糊推理,自动调整PID参数实现系统的最佳控制。本文根据锅炉控制现状,提出了基于模糊推理的PID控制规则,设计了以误差和误差变化率为输入,PID控制器的KP、KI、KD为输出的二输入三输出模糊自整定PID控制器对汽包水位进行控制,克服了传统控制方式的控制效果不精确和参数难以调整等缺点。根据实际控制的需要,设计了一个以8031单片机为核心的控制器。在设计的过程中,逐一对电路各部分进行了较为详尽的阐述,并根据设计的硬件电路和控制要求进行了软件设计。结果表明模糊自整定PID控制系统的自适应能力强,抗干扰能力和鲁棒性好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 工业锅炉汽包水位控制的发展和现状
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 锅炉汽包水位简介
• 2.1 锅炉系统介绍
• 2.2 工业锅炉系统要求
• 2.3 工业锅炉对象的特点
• 2.4 锅炉汽包水位系统的动态特性分析
• 2.4.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性
• 2.4.2 汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 控制方法分析
• 3.1 模糊推理
• 3.1.1 模糊推理的含义
• 3.1.2 模糊推理的内容
• 3.1.3 模糊推理的过程
• 3.2 PID 控制
• 3.2.1 PID 控制原理
• 3.2.2 PID 对控制的影响
• 3.3 汽包水位控制方式
• 3.3.1 单冲量控制方式
• 3.3.2 双冲量控制方式
• 3.3.3 三冲量控制方式
• 3.4 本章小结
• 第四章 模糊自整定PID 控制器的设计
• 4.1 模糊自整定PID 控制器结构设计
• 4.2 精确量的模糊化
• 4.3 建立模糊控制规则
• 4.4 基于控制规则库的模糊推理
• 4.5 输出量的去模糊化
• 4.6 本章小节
• 第五章 模糊自整定PID 控制器硬件、软件设计
• 5.1 系统的参数与控制指标
• 5.2 系统硬件设计
• 5.2.1 选择CPU
• 5.2.2 输入通道的设计
• 5.2.3 输出通道的设计
• 5.2.4 数据存储器的扩展设计
• 5.2.5 程序存储器的扩展设计
• 5.2.6 键盘显示电路的设计
• 5.2.7 串行通讯接口设计
• 5.2.8 地址分配
• 5.3 系统软件设计
• 5.3.1 主程序流程图
• 5.3.2 A/D 转换子程序设计
• 5.3.3 控制子程序设计
• 5.3.4 D/A 转换子程序设计
• 5.3.5 健盘/显示子程序设计
• 5.4 干扰分析
• 5.4.1 硬件干扰分析
• 5.4.2 软件抗干扰分析
• 5.5 实验验证
• 5.6 实际控制结果
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢