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热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法.pdf

热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法

152*****675@sina.cn
2013-01-10 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法pdf》,可适用于高等教育领域

热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法张秀滢刘强(中煤邯郸设计工程有限责任公司)摘要:针对热水锅炉温度控制中PlD参数人工整定的困难和参数自整定的必要性对FuzzyPID参数自整定原理和方法进行了讨论并对燃煤热水锅炉供暖系统进行了试运行表明其正确、有效和实用性。关键词:锅炉温度控制模糊PID参数自整定引言PID算法由于其结构简单、鲁棒性好和可靠性高的特点成为迄今为止应用最广泛的控制算法。然而在热水锅炉的温度控制中由于被控对象具有非线性、时变、大滞后等特点且热水锅炉温度控制受环境温度和燃料等诸多因素影响导致难以建立精确的数学模型难以确定最佳的控制器参数。此时传统的PID控制对进一步提高控制对象的质量遇到了极大的困难难以获得良好的效果。为了克服常规PID调节器的不足提高其性能人们进行了进一步的研究。模糊控制是智能控制理论的一个分支近十年来正以它全新的控制方式在控制界受到了极大的重视并得到了迅速发展。与传统的PID控制方式相比它具有特别适合于那些难以建立精确数学模型、非线性和大滞后的过程等特点。但是经过深入研究也会发现基本模糊控制存在着其控制品质粗糙和精度不高等弊病。因此本文提出一种将模糊控制和PID控制相结合起来通过模糊控制实现PID参数自整定的方法来调节锅炉出水温度。这种FuzzyPID策略模糊控制的采用不是代替PID控制而是对传统控制方式的改进和扩展它既保持了常规PID控制系统结构简单、使用方便、鲁棒性强、控制精度高的优点又采用模糊推理的方法实现了PID参数Kp、Ki、Kd的在线自整定兼具了模糊控制灵活性、适应性强的特点相比单纯的任一种控制效果都要好。本文设计一个参数自整定模糊PID控制器来完成对热水锅炉的温度控制并在MATLAB/SIMULINK环境下对其进行仿真研究。模糊自整定PID控制器设计.模糊PID控制器结构模糊自整定PID算法的实质是找出PID三个参数与e和ec之间的模糊关系在运行中通过不断检测e和ec根据模糊控制原理来对三个参数进行在线修改三个参数进行自整定的基本思想是:依据被控对象的响应在采样时刻的误差及误差的变化趋势这两个因素来确定参数调整量的极性和大小本质上同时兼顾了被控对象响应的“静态性能”(是高于还是低于给定值)和响应的“动态性能”两个因素既看现状也看动向。其算法过程就是利用对应的规则集将控制指针(条件)模糊化然后将它与知识库中的模糊规则进行匹配如有规则匹配则执行该规则的结果部分就可得到相应的参数调整量k。、k.、I(d。其结构如图所示。图模糊自整定PID控制器结构图.模糊PID控制器设计模糊自整定PID参数控制器的控制作用可以用式()描述:‘t(c}=k墨取hK|∑E卜KoEC(k)n邵式中Ⅱf)}.卜模糊自整定PID控制器输出:E『)}J卜系统偏差:I∑Ef卜偏差积累』=。Ecf】}偏差变化率:k.为.K『厂一模糊比例、积分、微分系数比例系数K=K胆E吼()积分系数K=K胆Eqi()微分系数K庐K升陋Ead()其中但E劬、腰Eq。、胆E吼为模糊推理的结果即为参数校正量:K:、Kj、Kj为参数初值。在模糊自整定PID控制器中我们把偏差EC和偏差的变化率作为输入变量K。、K。、心作为输出变量。£和Ec语言变量的论域为:{一一一)K。、K。、畅语言变量的论域为:{一一)各变量的语言值为{NBNMNSZPsPMPB}。考虑到对论域的覆盖程度和灵敏度、稳定性、鲁棒性的原则各变量的隶属函数曲线见图、图。图输出变量Kp、KI、Kd的隶属函数曲线关于模糊控制规则的建立由图可见此模糊控制器是以E和EC作为输入语言变量以配、K。、耽作为输出语言变量的两输入。三输出的模糊控制器其控制规则就是对参数K。、K。、局的调节规则。根据上述的参数整定原则及专家的经验可列出相应的参数调节规则'如表所示嚷K。的控制规则表FBFillPSZNS斌mPB犯硒暇雌搬ZZPI№l,all肼搬PSZPSPS糯嘲NsNsZPSPSZ搬肼NsZPSPI麒NsNSNSPSHPIIP誓艘NSZPSPS阿p船糯ZZPS阿nPBPBePBHPSZIIS疆鹕西PBPB硝HPSZZ髓PBPB硝PSPsZZPSPB疆pSPSZNS疆ZPilPIPSZNs髓疆NsPSPSZNS黼婚麒ZZNSNs嘲懈鹕婚ZZNs娜擅她船万方数据表Kd的控制规则表ecePBPIPS‘ZNS疆l田PBPBPSP如雎PlPIPBPIIPBPSPS‘PSPSZPBPsZZZZZZZZZNStNSNSNsZ豫弦ZNS龋随NB髂PSb厦.ZNS疆硪NBNSPS埔kPs瓶弼mliBNsPS锅炉温度控制系统的仿真.构造FIS编辑器..在MATLAB中键入Fuzzy命令进入模糊逻辑工具箱通过交互式图形界面的模糊推理系统编辑器来选择输入输出模糊变量的论域各个语言变量的隶属函数等等参数。..从Edit菜单中选择Rules打开模糊规则编辑器在规则编辑器窗口按表、、输入规则。..将设计好的模糊PID控制器保存(exporttoworkspace)并以“Fuzzy.fis”的名字保存在硬盘中以备仿真时调用。.创建模糊PID控制器..在Simulink菜单中选择FuzzyLogicController模块双击此模块在弹出的对话框中键入Fuzzy这样就完成了FuzzyLogicController模块与Simulink的连接。..在Simulink中选File/New/Model设计模糊自整定PIDgin控制器。.将模糊调整后的比例、积分、微分系数引入PID控制器并封装PID控制模块如图、。图参数自整定模糊PID控制系统仿真结构图图封装内部结构图.仿真与分析从Simulink中选择所需的模块组成如图所示的自整定模糊PID控制系统。根据热水锅炉被控对象一温度的特性用一阶带滞后来表示被控对象仿真对象的传函为:c㈥=鬈≥em当给定值为℃时参数自整定模糊PID控制器控制锅炉温度控制系统仿真响应曲线如图所示。图参数自整定模糊PID控制系统仿真响应曲线从图中可以明显地看出参数自整定模糊PID控制的响应时间明显减少无超调量。计算得出参数自整定PID模糊控制的控制指标:as=s盯%=%ess=。这说明常规PID控制对于一些复杂过程尤其是大时滞和大惯性系统不能实现实时在线调整难以取得较好的控制效果。将智能控制算法引入复杂过程控制有着更好的控制效果。模糊自整定PID参数控制系统能在控制过程中对不确定的条件、参数、延迟和干扰等因素进行自动分析采用模糊推理的方法实现PID参数的在线自调整。这样不仅保持了PID控制原理简单、使用方便、鲁棒性较强等的优点而且具有更大的灵活性、适用性、和控制精度更好。较常规PID控制、参数自整定模糊PID控制效果更为良好。结语模糊自整定PID控制算法充分利用了模糊控制和PID控制的优点避开了对锅炉建立准确数学模型这一难题可以在线自调整PID的参数从仿真结果可以看出模糊PID控制大大提高了系统的动态和稳态特性。本系统在燃煤热水锅炉实际装置上进行了试运行各项指标均已达标。通过这一研发不但提高了锅炉的热效率而且大大减少了煤炭和电能的使用量具有十分深远的节能、经济和环保的社会意义。参考文献:仃。彦闯王伟.基于dsp的模糊pid温度控制系统设计IJ】.现代科学仪器().【】吴帆刘璐李鹏.一种基于rbf神经网络的模糊pid控制算法【J】.重庆科技学院学报(自然科学版)(}.fj操建华.自适应模糊pid在温度控制中的应用fJJ.现代电子技术..().【l王印松岑炜刘鸿达.直流锅炉机组参数自适应模糊pid控制lJl.自动化与仪表().【】赵笑笑基于模糊理论与常规pid控制的模糊pid控制方法研究【J.山东电力技术().万方数据热水锅炉温度控制的模糊PID参数自整定方法作者:张秀滢刘强作者单位:中煤邯郸设计工程有限责任公司刊名:中小企业管理与科技英文刊名:MANAGEMENTTECHNOLOGYOFSME年卷(期):()参考文献(条)丁彦闯王伟基于DSP的模糊PID温度控制系统设计()吴帆刘璐李鹏一种基于RBF神经网络的模糊PID控制算法()操建华自适应模糊pid在温度控制中的应用()王印松岑炜刘鸿达直流锅炉机组参数自适应模糊PID控制()赵笑笑基于模糊理论与常规PID控制的模糊PID控制方法研究()本文链接:http:dgwanfangdatacomcnPeriodicalxzqykjaspx

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