發(fā)布時(shí)間：2017-10-08 11:34

  本文關(guān)鍵詞：基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鍋爐汽包水位自控系統(tǒng)研究

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【摘要】：鍋爐是工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的動(dòng)力設(shè)備,為了確保其安全穩(wěn)定生產(chǎn),鍋爐的自動(dòng)控制顯得非常重要。鍋爐設(shè)備運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的重要環(huán)節(jié),汽包水位是鍋爐運(yùn)行中一個(gè)重要的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù),反映了鍋爐蒸汽流量與給水流量之間的平衡關(guān)系。目前對(duì)于鍋爐汽包水位過(guò)程控制最普遍的方法是常規(guī)的PID控制算法,其實(shí)際控制效果并不理想,因此對(duì)鍋爐汽包水位控制算法的研究和改進(jìn)具有實(shí)質(zhì)性的意義。本文首先根據(jù)鍋爐的工作原理,分析了影響鍋爐液位變化的動(dòng)靜態(tài)特性,在一定的假設(shè)情況下通過(guò)機(jī)理建模的方法,寫(xiě)出汽包的物質(zhì)平衡方程式和能量平衡方程式,并進(jìn)行一定的運(yùn)算和變化后,得到蒸汽流量和給水流量的傳遞函數(shù),建立了汽包水位的的基本數(shù)學(xué)模型;其次對(duì)鍋爐汽包水位的單沖量、雙沖量以及前饋-串級(jí)三沖量控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比,經(jīng)過(guò)分析選用前饋-串級(jí)三沖量系統(tǒng)作為汽包水位的控制方案;再次詳細(xì)闡述了常規(guī)PID控制算法、模糊控制算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法的控制原理及算法的優(yōu)缺點(diǎn),在此基礎(chǔ)上提出了一種基于Mamdani模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法,其充分利用了模糊系統(tǒng)所具有的便于被人理解的表達(dá)能力和對(duì)系統(tǒng)并不要求精確的物理或數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)非線(xiàn)性擬合能力和極強(qiáng)的快速學(xué)習(xí)能力,將兩種智能方法融合在一起,相互取長(zhǎng)補(bǔ)短,從而提高系統(tǒng)的表達(dá)能力和學(xué)習(xí)能力,以求對(duì)鍋爐這種非線(xiàn)性、大時(shí)滯的被控對(duì)象更為有效的控制,達(dá)到較好的控制效果。最后以MATLAB為仿真軟件,用SIMULINK模塊分別搭建汽包水位的基于PID控制算法、模糊控制算法和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法的前饋-串級(jí)三沖量控制系統(tǒng),分別在無(wú)擾動(dòng)和有給水和蒸汽擾動(dòng)的工況下進(jìn)行仿真,對(duì)幾種控制算法的控制性能進(jìn)行了定量的分析比較,結(jié)果表明模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法對(duì)鍋爐汽包水位的控制在工藝允許要求范圍內(nèi),有調(diào)節(jié)時(shí)間最短、超調(diào)量小、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)仿真及對(duì)比分析結(jié)果表明,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法對(duì)鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的控制確實(shí)具有可行性和優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：鍋爐汽包水位控制 串級(jí)三沖量控制 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) MATLAB仿真
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TK223.7;TP183
【目錄】：

• 摘要2-3
• abstract3-7
• 1 緒論7-11
• 1.1 研究目的和意義7-8
• 1.2 研究背景和現(xiàn)狀8-10
• 1.2.1 鍋爐技術(shù)的發(fā)展8-9
• 1.2.2 過(guò)程控制策略與算法的發(fā)展9-10
• 1.3 本課題主要任務(wù)10-11
• 2 汽包水位的動(dòng)態(tài)特性分析11-21
• 2.1 鍋爐的水循環(huán)工作原理11
• 2.2 機(jī)理法建模11-12
• 2.3 汽包水位動(dòng)態(tài)方程式12-16
• 2.3.1 鍋爐汽包物料的平衡方程式12-13
• 2.3.2 鍋爐汽包能量的平衡方程式13-16
• 2.4 鍋爐汽包水位的系統(tǒng)特性16-21
• 2.4.1 給水流量對(duì)水位調(diào)節(jié)的動(dòng)態(tài)特性16-18
• 2.4.2 蒸汽負(fù)荷（過(guò)熱蒸汽出口流量）對(duì)水位干擾的動(dòng)態(tài)特性18-21
• 3 鍋爐汽包水位系統(tǒng)的控制方案21-26
• 3.1 單沖量控制系統(tǒng)21-22
• 3.2 雙沖量控制系統(tǒng)22-23
• 3.3 三沖量控制系統(tǒng)23-26
• 4 汽包水位控制算法研究26-46
• 4.1 PID控制算法研究26-28
• 4.2 模糊控制算法研究28-33
• 4.2.1 模糊控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)29
• 4.2.2 模糊控制器的具體實(shí)現(xiàn)29-33
• 4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法研究33-41
• 4.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理33-38
• 4.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)38-41
• 4.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法研究41-46
• 4.4.1 Mamdani模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)41-42
• 4.4.2 學(xué)習(xí)算法42-46
• 5 汽包水位控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)46-61
• 5.1 MATLAB仿真軟件功能概述46
• 5.2 控制系統(tǒng)的研究對(duì)象46-47
• 5.3 PID控制在鍋爐汽包水位中的應(yīng)用47-49
• 5.3.1 無(wú)擾動(dòng)時(shí)PID控制系統(tǒng)的仿真48
• 5.3.2 擾動(dòng)時(shí)PID控制系統(tǒng)的仿真48-49
• 5.3.3 PID校正的局限性49
• 5.4 模糊控制在汽包水位中的應(yīng)用49-54
• 5.4.1 模糊控制器的設(shè)計(jì)49-53
• 5.4.2 無(wú)擾動(dòng)時(shí)模糊控制系統(tǒng)仿真53
• 5.4.3 擾動(dòng)時(shí)模糊控制系統(tǒng)仿真53-54
• 5.5 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在汽包水位中的應(yīng)用54-59
• 5.5.1 FNN控制器的實(shí)現(xiàn)54-58
• 5.5.2 無(wú)擾動(dòng)時(shí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真58
• 5.5.3 擾動(dòng)時(shí)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)仿真58-59
• 5.6 控制算法的比較及仿真分析59-61
• 6 結(jié)論61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 附錄67-68
• 附錄1 采樣數(shù)據(jù)對(duì)67-68
• 附錄2 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文68

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