基于MATLAB/SIMULINK的锅炉汽包水位控制策略及仿真分析_乔金宇

锅炉汽包水位的控制在锅炉的自动化控制中占据重要的地位，其控制效果的好坏直接影响到锅炉给水质量的高低，并最终影响到锅炉的安全生产。锅炉汽包水位控制系统很难建立精确的数学模型，且具有非线性、不稳定性和时滞性等特点。传统的锅炉汽包水位控制常采用三冲量PID控制方式。普通PID控制策略存在的问题是：一旦参数整定好，很难适应系统运行动态大幅度的变化。为了解决以上出现的问题，本课题以某供汽量为1 20t／h的锅炉为研究对象，结合国内外研究成果，设计了该锅炉的汽包水位控制系统，并对其控制策略进行了重点研究。为了对设计出的各种控制器有较好的对比，本课题首先对设计出的普通PID控制器、普通模糊控制器和模糊自适应PID控制器分别进行了仿真分析，对仿真结果进行了对比分析。然后针对模糊自适应PID控制器存在的一些不足，引入变论域思想，又设计了变论域自适应模糊PID控制器，并对该控制器进行仿真分析，结果表明，该控制器比以上其它各种控制器都具有较好的动态响应性能和较高的控制精度，更能满足锅炉汽包水位控制的要求。具体工作如下：首先，在查阅国内外有关锅炉汽包水位控制文献的基础上，根据本课题研究的锅炉控制系统的参数及控制要求，设计了该锅炉的汽包水位控制系统。通过合理的推导，建立了锅炉汽包水位控制系统的非线性数学模型。利用频域分析法中的伯德图法和尼柯尔斯图法对该系统进行了稳定性分析，并进行了仿真分析。其次，针对系统在不加任何控制器时存在响应速度慢的问题，又设计了普通PID控制器。虽然普通PID控制调节及时，能迅速的减少系统的调节时间和稳态误差，改善过程的动态品质，但其参数一旦设定就很难适应系统运行动态大幅度的变化。然后，针对普通PID控制存在的问题，利用模糊控制思想，先后设计了普通模糊控制器和模糊自适应PID控制器。通过系统仿真分析，结果表明，在超调量和稳态误差方面，这两种控制器的控制效果明显比普通PI D控制器效果要好。最后，为了进一步提高系统的控制精度，在模糊自适应PID控制的基础上，引入了变论域思想，设计出了变论域自适应模糊PID控制器。通过系统仿真分析，结果表明，该控制器具有比模糊自适应PID控制器更短的响应时间和更小的超调量，且能在不增加控制规则的前提下使系统的控制精度有所提高，更能满足锅炉汽包水位控制的要求。