一种适用于中小型锅炉加药系统智能控制器的研究

摘要

锅炉给水加药系统，加药过程中给水量、水质、加药量、加药点位置、药剂浓度等工艺参数的变化，都会对给水加药控制系统产生影响。因此，锅炉加药系统是一个典型的时滞控制系统，控制策略和控制器对其优化控制十分重要。
　　 多年来国内外相关专家针对锅炉给水加药系统的控制策略和控制器控制问题进行了大量的研究，取得了一系列成果，如微分先行、Smith预估以及PID控制等控制方法被应用到锅炉给水加药系统中。但是，这些先进的控制方法，在中、小型锅炉给水加药控制应用中，由于锅炉给水加药控制系统具有大滞后、非线性、时变的特证，因此在系统控制参数调整过程追求最优控制会导致锅炉给水加药控制过程调节时间长、药剂用量大、生产效率低等问题。
　　 本文针对锅炉给水加药控制系统存在的问题，通过对国内外锅炉加药系统控制方法的研究，本着，智能、可靠、经济适用原则、提出了一种适合中、小锅炉给水加药控制的模糊自适应控制策略和方法。对控制策略和模糊自适应PID控制器进行了较为深入的研究探讨、研究设计了“一种适用于中小锅炉加药系统智能控制器”，在理论研究的基础上对“智能控制器”进行了仿真实验研究。本论文共分六章，主要研究内容如下：
　　 第一章绪论本章是论文的总纲。该章先后介绍了课题来源及研究意义、国内外锅炉给水加药系统控制方法研究现状，并指出了课题研究难点以及基本解决思路，确立了本课题的主要研究内容和方向。
　　 第二章锅炉加药系统控制方案设计本章首先通过对锅炉给水加药控制过程的时滞型分析和现行锅炉给水加药系统（微分先行、smith预估）常规的控制方法的研究，分析了这些控制方法的优缺点。针对中、小锅炉给水加药系统，提出了Smith预估优化控制、基于内模控制的PID控制和增量式PID控制三种方案。通过对三种方案的比较分析，本着经济高效、稳定可靠的控制原则，最终确立了一种适用于中小锅炉加药系统模糊自适应PID控制智能控制方案。
　　 第三章控制策略设计在设计方案确立的基础上，通过对与本控制方法相关模糊自适应PID控制等理论的学习研究，针对锅炉给水加药控制的要求，通过研究设计了锅炉给水加药智能控制策略，为智能控制器的设计奠定了理论基础。
　　 第四章模糊自适应控制器的设计本章根据锅炉给水加药智能控制要求，通过对模糊规则、隶属度函数、模糊控制器以及智能控制策略等问题的研究，设计了一种适合中、小锅炉给水加药的模糊自适应控制器。
　　 第五章仿真研究为了更好的验证理论研究，本课题运用MATLAB对所研究设计的中小锅炉加药系统智能控制器进行了仿真实验研究，先后对控制系统的阶跃响应、惯性、系统延迟时间、静态增益、外部干扰等方面的分析研究，进一步验证了本课题所设计的智能控制器先进性、可靠性和适用性，为该智能控制器的实际应用奠定了理论和仿真实验基础。
　　 第六章总结与展望本章先后对本课题研究的主要内容，创新点以及存在的问题进行了回顾与总结，并对本课题今后研究的内容进行了展望。
　　 本课题主要创新点：
　　 （1）针对中、小锅炉给水加药控制系统存在的问题，本文通过研究提出了一种经济可靠的锅炉加药系统控制方法。
　　 （2）构建了适用于具有大滞后、非线性、时变特点的中小型锅炉给水加药系统模糊自适应PID控制策略。
　　 （3）设计了一种适合中、小锅炉给水加药的模糊自适应控制器，并通过仿真实验研究，为该智能控制器的实际应用奠定了理论与仿真实验基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题来源及研究意义

1.2国内外研究现状

1.2.1基于数学模型的控制方法

1.2.2无模型的控制方法

1.3本课题主要研究内容

1.4本章小结

第二章锅炉加药系统控制方案设计

2.1锅炉给水加药系统时滞性概述

2.2纯滞后对系统控制质量的影响

2.3锅炉自动加药系统传统控制方法

2.3.1微分先行控制算法

2.3.2 Smith预估控制算法

2.4锅炉加药系统智能控制方案设计

2.4.1 Smith预估优化控制方案(方案一)

2.4.2基于内模控制的PID控制方案(方案二)

2.3.3增量式PID控制方案(方案三)

2.5模糊自适应PID控制方案确立

2.5.1方案比较分析

2.5.2模糊自适应PID控制方案

2.6本章小结

第三章控制策略的设计

3.1模糊控制的基本原理

3.2模糊控制器设计基本方法

3.2.1输入与输出变量的确定

3.2.2模糊控制规则的设计

3.2.3确定变量的赋值表和模糊控制表

3.2.4采用时间的选择

3.3加药系统工艺要求

3.4模糊自适应PID控制

3.4.1模糊自适应PID的结构

3.4.2模糊自适应PID的实现

3.5本章小结

第四章 智能控制器的设计

第五章仿真实验

5.1 MATLAB简介

5.2智能控制器的输出特性

5.3智能控制器动态性能仿真实验

5.4本章小结

第六章总结展望

6.1总结

6.2存在的问题及研究展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢