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基于模糊PID控制的锅炉炉温控制系统开题报告

电气信息工程学院

毕业设计（论文）开题报告

课题名称：基于模糊PID控制的锅炉炉温系统的研究

专业：自动化

小型振动器 * ** ***

班级学号： 11-1-23

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二○一五年四月五日

一、选题的意义及国内(外)的研究概况

1、选题意义：

随在工业生产过程中，控制对象各种各样，温度是生产过程和科学实验中普遍而且重要的物理参数之一。在生产过程中，为了高效地进行生产，必须对它的主要参数，如温度、压力、流量等进行有效的控制。温度控制在生产过程中占有相当大的比例，其关键在于测温和控温两方面。温度测量是温度控制的基础，技术已经比较成熟。由于控制对象越来越复杂，在温度控制方面，还存在着许多问题。如何更好地提高控制性能，满足不同系统的控制要求，是目前科学研究领域的一个重要课题。温度控制一般指对某一特定空间的温度进行控制调节，使其达到工艺过程的要求。

电锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置。具有结构简单、无污染、自动化程度高等特点。与传统的以煤和石化产品为燃料的锅炉相比还具有基本投资少、占地面积小、操作方便、热效率高、能量转化率高等优点。近年来，电锅炉已成为供热采暖的主要设备。

锅炉控制作为过程控制的一个典型，动态特性具有大惯性大延迟的特点，而且伴有非线性。目前国内电热锅炉控制大都采用的是开关式控制，甚至是人工控制方法。采用这些控制方法的系统稳定性不好，超调量大，同时对外界环境变化响应慢，实时性差。另外，频繁的开关切换对电网产生很大的冲击，降低了系统的经济效益，减少了锅炉的使用年限。因此，研究一种最佳的电锅炉控制方法，对提高系统的经济性，稳定性具有重要的意义。

2、国内外的技术水平现状：

目前国内大部分锅炉以燃油或燃煤为主，而燃烧过程中会产生大量残渣和废气，这不仅对人类生活产生不良影响，也会对环境造成极大污染。随着现代社会的不断进步，电能也正在逐渐替代燃料能源。电热锅炉与燃料锅炉在控制方法上有很大不同。绝大多数燃料锅炉是采用人工的控制方式，这种控制方式即不能保证可靠性和安全性，又造成了人力资源的浪费。设备密集型、信息密集型、劳动密集型的工业工艺己经逐渐被知识密集型的工业工艺所取代。新一代的电热锅炉基本上采用智能控制方法，这样既符合现代工业的发展要求，也使控制方法在工业领域的应用逐渐成熟。电热锅炉可以将电能直接转化成热能，是一种机高新技术的电一体化产品，热体积小、效率高、噪声小、无污染是电热锅炉的几大特点，另外，电热锅炉还具有供热稳定、运行安全可靠、自动化程度高的优点，是理想的节能环保型供暖设备。

早在二十世纪初期电锅炉就开始得到应用，我国从上世纪70年代后期也对电热锅炉开始进行研究和应用。随着国内电热锅炉技术的不断成型，电热锅炉己经广泛地应用到工业生产的多个领域当中。正因为国外对电锅炉的研究起步较早，所以控制水平相对国内要高，它不仅控制精度高，而且方法复杂。国内对电锅炉的研究比较晚，导致电锅炉的整体控制水平不高，控制算法粗糙、简单，温度控制的效果也不理想，经常在工业现场出现系统压力不稳、输出产生振荡等现象，所以锅炉的自动控制程度不高。

在解决线性定常系统的问题时，一种比较有效的控制方法是经典控制理论。但是对于非线性时变系统来说，经典控制方法的控制效果却并不理想。随着计算机技术的不断发展，自动控制技术和理论在工业上的应用也得到了很大飞跃。无论在解决多输入多输出的非线性时变系统问题还是在解决线性定常系统问题，基于状态变量描述的现代控制理论都获得了较好的控制效果。然而，使用现代控制理论或经典控制理论设计的一个控制系统，都需要确定被控对象的数学模型，最后根据给定的性能指标以及数学模型选择适当控制规律，进行控制系统的设计。但是，由于大多数情况下被控对象的数学模型难以精确的表达出来，导致这类对象难以用经典控制或现代控制方式进行控制。虽然一些有经验的操作人员仍然可以通过手动控制达到令人比较满意的效果，但是人们也不得不重新考虑和研究如何能够对无法得到精确模型的被控对象进行智能控制。通过人们的总结发现，如果计算机可以模拟那些操作人员的思维方式和控制特点，那么计算机也可以达到对被控对象的决策和控制。通过反馈控制方式，用语言描述人的控制思想和决策技巧，总结出一系列控制规则，这些控制规则大多是一些条件语句。利用计算机程序实现这些条件语句，进而达到对被控对象的控制作用。这样就可以运用计算机取代操作人员对被控对象进行自动控制。模糊控制在智能控制中占有非常重要的地位。

目前，由于PID的控制效果比较好，模型的参数也比较少，所以在锅炉温度控制中，PID控制得到国内外的广泛应用。控制器参数的选取直接决定了PID控制的效果，然而PID参数的选择和整定是一项非常复杂的工作。尽管对PID控制参数整定及优化研究有很多，例如Zieger-Nichols法。由于传统的非智能整定方法并非是最优解，并且这些方法大多都依靠以前的控制经验，所以很难达到理想的控制效果。

二、本课题研究的关键问题及解决的思路

l型套筒扳手1、 1、关键问题：

1）分析影响锅炉炉温的关键因素；

2）设计基于模糊PID的锅炉水温控制器。

2、解决关键问题的思路

1）影响温度的主要因素为给水量、蒸汽压力、过热蒸汽温度等。

2）结合电锅炉水温上升过程的特点，本设计对被控对象进行理论分析，建立被控系统的数学模型，拟设计适合于电锅炉水温过程控制的纯PID控制器、模糊控制和f模糊PID 控制器。并对控制算法的实现、控制器的设计和参数调整进行深入研究。运用MATLAB 软件的Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱对上述几种方法进行建模仿真，并对控制性能指标进行分析，确定出符合控制系统输出响应速度快、超调量小和稳定误差小的控制算法。对系统进行整合并调试，发现问题及时修改。

三、完成本课题的工作进度计划

1 查资料，确定方案，写开题报告 3月23日-3月31日

3 熟练使用MATLAB软件 4月1日-4月5日

3 掌握模糊数学及模糊控制原理 4月6日-4月19日

3 完成英文文献的翻译 4月20日-4月30日

4 设计模糊PID控制器 5月1日-5月9日

5 设计传统PID控制器 5月10日-5月19日

6 用单片机做硬件设计 5月20-5月31日

8 撰写毕业论文 6月1日-6月7日

9 毕业答辩 6月8日-6月10日

四、参考文献

[1] 王鹏，牛勇，葛智平等．变论域模糊自整定PID控制在主汽温系统中的应用研究[J]．甘肃电力技术，2012，27(1)：1-4．

[2] 薛有志．硬件加密设备>导电铝浆中国如何走向知识经济时代[N]．经济纵横，2015-3-2(12)．

[3] 陶磊，薛涛，孙建召等．大型轧机轴承温度测试方法的研究[J]．山西冶金，2014，20(2)：61-64．

[4] 许向阳，张茂元，卢正鼎．舰船电子工程[J]．智能控制综述，2014，11(2)：2-4．

[5] 孙远杰，宋程程．锅炉房设计的安全问题[J]．硅谷，2010，7(1)：4-8．

[6] 杨喜刚．基于uml和petri网的生产线实时控制系统建模与分析[D]．珠江：珠江工业大学，2011．

[7] 呼菊玲．变频技术在热水锅炉控制中的应用[N]．中国科技博览，2010-12-24(3)．

[8] 李谦．电锅炉在蓄热热水系统中的应用[J]．给水排水技术与产品信息，2011，1(1)：12-14．

[9] 郑恭恒，沈协和．用单片微机实现炉温控制[J] ．自动化仪表，2014(2)：26-29．

[10] 陈积文．一种基于LabVIEW图形化编程的PID控制算法及其应用[J]．自动化技术与应用，2010，17(1)：2-8．

[11] 胡祝兵，易江，王娟．积分分离PID控制在温控系统中的仿真研究[J]．承德石油高等专科学校学报，2010，17(1)：4-8．

[12] 宋睿卓．自适应模糊控制及其在机械臂系统中的应用研究[D]．西安：西北工业大学，2012．

[13] 赵国山，仇性启．自适应PID的发展概况[J]．化工自动化及仪表，2013(2)：16-19．

[14] Lee C C. Fuzzy logic in control systems：fuzzy logic controller - Part I. IEEE Transactions on Systems,Man and Cybernetics,2012,20(2):404-418.

[15] Theresa Beaubouef etc. Fuzzy Rough Set Technique for Uncertainty Processing in Relational Database[J],International Journal of Intelligent System,2010, 13(1):1-8．屋面天窗

[16] 张文兴．基于BP神经网络的模糊PID控制器的设计[D]．哈尔滨：哈尔滨工业大学，2014．

五、毕业设计起止日期

自 2015 年 3 月 23 日起，至 2015 年 6 月 18 日止。

六、指导教师审阅意见

指导教师(签字)：

年月日

七、指导小组意见

指导小组组长(签字)：　一个度导航系(签章)

年月日

说明：1. 本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在接到“毕业论文(设计)任务书”、正式开始做毕业论文(设计)的第2周末之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。

本文发布于:2024-09-24 20:20:56，感谢您对本站的认可！

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