本文關(guān)鍵詞：基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡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)自動化生產(chǎn)過程中不可缺少的動力設備,為了確保其安全穩(wěn)定生產(chǎn),鍋爐的自動控制顯得非常重要。鍋爐設備運行參數(shù)監(jiān)測是實現(xiàn)自動化控制的重要環(huán)節(jié),汽包水位是鍋爐運行中一個重要的監(jiān)控數(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。目前對于鍋爐汽包水位過程控制最普遍的方法是常規(guī)的PID控制算法,其實際控制效果并不理想,因此對鍋爐汽包水位控制算法的研究和改進具有實質(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靜態(tài)特性,在一定的假設情況下通過機理建模的方法,寫出汽包的物質(zhì)平衡方程式和能量平衡方程式,并進行一定的運算和變化后,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)學模型;其次對鍋爐汽包水位的單沖量、雙沖量以及前饋-串級三沖量控制系統(tǒng)的方案進行了優(yōu)缺點的對比,經(jīng)過分析選用前饋-串級三沖量系統(tǒng)作為汽包水位的控制方案;再次詳細闡述了常規(guī)PID控制算法、模糊控制算法和神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法的控制原理及算法的優(yōu)缺點,在此基礎上提出了一種基于Mamdani模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的控制算法,其充分利用了模糊系統(tǒng)所具有的便于被人理解的表達能力和對系統(tǒng)并不要求精確的物理或數(shù)學模型的特點以及神經(jīng)網(wǎng)絡的強非線性擬合能力和極強的快速學習能力,將兩種智能方法融合在一起,相互取長補短,從而提高系統(tǒng)的表達能力和學習能力,以求對鍋爐這種非線性、大時滯的被控對象更為有效的控制,達到較好的控制效果。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)絡控制算法的前饋-串級三沖量控制系統(tǒng),分別在無擾動和有給水和蒸汽擾動的工況下進行仿真,對幾種控制算法的控制性能進行了定量的分析比較,結(jié)果表明模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法對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)時間最短、超調(diào)量小、抗干擾能力強等優(yōu)點。實驗仿真及對比分析結(jié)果表明,模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法對鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的控制確實具有可行性和優(yōu)越性。
【關(guān)鍵詞】：鍋爐汽包水位控制 串級三沖量控制 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡 MATLAB仿真
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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 過程控制策略與算法的發(fā)展9-10
• 1.3 本課題主要任務10-11
• 2 汽包水位的動態(tài)特性分析11-21
• 2.1 鍋爐的水循環(huán)工作原理11
• 2.2 機理法建模11-12
• 2.3 汽包水位動態(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 給水流量對水位調(diào)節(jié)的動態(tài)特性16-18
• 2.4.2 蒸汽負荷（過熱蒸汽出口流量）對水位干擾的動態(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現(xiàn)29-33
• 4.3 神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法研究33-41
• 4.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡基本原理33-38
• 4.3.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡38-41
• 4.4 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制算法研究41-46
• 4.4.1 Mamdani模型的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)41-42
• 4.4.2 學習算法42-46
• 5 汽包水位控制的系統(tǒng)設計46-61
• 5.1 MATLAB仿真軟件功能概述46
• 5.2 控制系統(tǒng)的研究對象46-47
• 5.3 PID控制在鍋爐汽包水位中的應用47-49
• 5.3.1 無擾動時PID控制系統(tǒng)的仿真48
• 5.3.2 擾動時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用49-54
• 5.4.1 模糊控制器的設計49-53
• 5.4.2 無擾動時模糊控制系統(tǒng)仿真53
• 5.4.3 擾動時模糊控制系統(tǒng)仿真53-54
• 5.5 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡控制在汽包水位中的應用54-59
• 5.5.1 FNN控制器的實現(xiàn)54-58
• 5.5.2 無擾動時模糊神經(jīng)網(wǎng)絡系統(tǒng)仿真58
• 5.5.3 擾動時模糊神經(jīng)網(wǎng)絡系統(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64-67
• 附錄67-68
• 附錄1 采樣數(shù)據(jù)對67-68
• 附錄2 攻讀學位期間發(fā)表的論文68

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本文編號：993799