锅炉汽包水位模糊控制特性与仿真VIP免费

英国伦敦大学教授E.M.Mamdani于1974年在实验室研制成功锅炉和蒸气机模糊控制系统，以此作为模糊控制发展的第一个里程碑。实际上，美国加利福尼亚大学教授L.A.Zadeh，在1972和1973年发表的两篇论文中已系统地提出了模糊控制原理。模糊控制的实质就是运用计算机程序实现生产操作人员的控制经验。模糊控制成功的原因主要在于：模糊控制系统采用的是人类语言型的控制规则,可以解决比较复杂的系统控制问题，非常适用于一些数学模型难以建立，动态特性很难把握的被控对象。控制规则间进行的模糊连接，又使得控制器在即使是相互矛盾的控制规则中也能找到折中的方案，控制效果比起常规控制算法要好的多。1锅炉汽包水位模糊控制系统设计该控锅炉汽包水位是大型工厂动力装置中影响锅炉正常操作的一个关键的系统参数，它直接关系到整个生产装置能否安全稳定运行。如果汽包水位过高，高温高压高速的水粒流可打坏汽轮机转子。如果水位控制太低，会影响锅炉的汽水循环，引起爆管[2-6]。为使锅炉安全、有效地运行，需要保持稳定的汽包水位。用传递函数来描述汽包水位控制系统时，可用公式表示为：G（S）=H（s）T1s（T2s+1）+a*=Ks（Ts+1）+a在上式中，H为汽包水位；K为给水流量作用下的放大系数；T为时间常数。下面以锅炉汽包水位的模糊控制系统G（S）=0.0125s（11.5s+1）+0.0125的设计为例说明基于MATLAB语言的模糊控制器设计方法，并通过制器来研究Mamdani型模糊控制器的控制特性。该系统为锅炉汽包水位随时间的变化规律。G（s）表达式是系统的传递函数，变为微分方程的形式为：11.5d2ydt2+dydt+0.0125y=0.0125u由于微分方程与传递函数可以相互转化，所以当上式的系数发生变化时，对应的传递函数的系数也发生相应的改变。锅炉气包水位控制系统是由汽包、水位变送器、控制器和给水调节阀组成。锅炉气包水位控制系统是由汽包、水位变送器、控制器和给水调节阀组成。该控制器我们选取实际水位与期望水位的差及其变化率EC作为模糊控制器的输入变量，以控制给水阀门开度的控制量U为输出变量[3]。根据实际控制经验，我们选取水位误差E的实际物理量论域X为[-25mm，+25mm]，期望水位为25mm，选取EC的实际物理量Y为[-6，+6]，选取控制量U的实际物理量论域U为[-25，+25]。将误差大小量化为八个等级，将误差变化率和控制量量化为七个等级，得到：E的模糊集为：{NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB}；EC和U的模糊集为：{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}；选取E和EC的论域均为：{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；选取U的论域为：{-7，-6，-5，-4，-3，-2，-锅炉汽包水位模糊控制特性与仿真平静水，刘恒，马新（淮南师范学院数学与计算科学系，安徽淮南232038）[摘要]研究了锅炉汽包水位模糊控制特性：设定点改变；参数改变；跟踪特性；控制周期的改变。通过这四种情况仿真曲线的分析，得出Mamdani型模糊控制器的优点与不足之处。[关键词]Mamdani；模糊控制；控制特性；仿真[中图分类号]O189.13[文献标识码]A[文章编号]1009-9530（2011）04-0072-04[收稿日期]2011-04-22[基金项目]安徽省自然科学研究项目（KJ2011Z344）[作者简介]平静水（1964-），男，安徽凤台人，淮南师范学院数学与计算科学系副教授，主要研究方向为模糊集与粗糙集的应用。淮南师范学院学报JOURNALOFHUAINANNORMALUNIVERSITY2011年第4期第13卷（总第68期）No.4，2011GeneralNo.68,Vol.13第4期1，0，1，2，3，4，5，6，7}；上述的误差模糊集选取八个元素，区分了NO和PO主要是为了提高精度。根据手动控制策略，可得到反映锅炉汽包水位控制系统的控制规则表如表1所示：表1模糊规则控制表由模糊推理系统编辑器可以看出该模糊控制器的类型为Mamdani型，根据分析我们选择E和EC为输入，控制量名为U，与（And）方法为min，或（Or）方法为max，蕴涵（Implication）方法为min，合成（Aggregation）方法为max，去模糊化（defuzzifica-tion）方法为面积中心法（centroid）。根据经验，我们选择E、EC和U的隶属函数全为三角形（trimf）。由输入输出的物理量论域和划分的档次可得偏差E的量化因子KE=625=0.24，偏差变化率EC的量化因子KEC=66=1，控制...