循环流化床锅炉主汽压自组织模煳滑模控制系统设计

1、循环流化床锅炉主汽压自组织模糊滑模控制系统的设计答辩人：导 师： 副教授 1本课题的背景和意义背景： 近几年来，新建发电机组，尤其是热电厂新增机组大部分都安装了循环流化床锅炉。可以看到，由于能源以及环境这两个主导因素的作用，在我国开发、研究、应用循环流化床锅炉技术及其自动控制技术是一个迫在眉睫的战略任务。在循环流化床锅炉的运行过程中，维持正常的主汽压是循环流化床锅炉稳定、经济运行的关键。目前为止，本人参加调试过的循环流化床锅炉，其自动控制系统仍然采用常规PID。循环流化床锅炉的主汽压力控制对象具有时变，大惯性，大滞后的特性。常规PID主汽压力控制系统的品质不高。意义： 滑模控制与模糊控制都是鲁

2、棒性很好的控制策略。结合此两种控制策略的优点，形成一种鲁棒性强的模糊滑模控制器。使用此控制器调节循环流化床锅炉主汽压力，提升控制品质，提高循环流化床锅炉经济、安全运行水平。为推广循环流化床锅炉的应用，为解决能源危机以及环境恶化问题作出贡献。2课题主要内容一、绪论二、滑模控制与模糊控制三、自组织模糊滑模控制四、控制系统仿真五、结论3循环流化床介绍4循环流化床介绍-特点低温的动力控制燃烧高速度、高浓度、高通量的固体物料流态化循环过程高强度的热量、质量和动量传递过程燃料适应性广，即可燃用优质煤，又可燃用劣质燃料，如：高水分煤，煤矸石，尾矿，垃圾等。燃烧效率高，由于锅炉内气-固混合良好，燃烧速率高，其

3、燃烧效率可与煤粉炉相媲美。高效脱硫，循环流化床锅炉内有很好的脱硫条件，使其脱硫效率可达90%以上。氮氧化物排放低，循环流化床锅炉的NOx排放量仅为50-l00ppm，大大低于其它类型锅炉，其它污染物排放低，循环流化床锅炉的其它污染物如CO、HCI等排放也很低。负荷调节范围大、负荷调节快，其负荷调节速率可达4%分钟。5循环流化床主汽压对象生产过程主汽压力是锅炉是否适应负荷要求的标志，保持主汽压力稳定是锅炉正常运行的基本要求。 6循环流化床主汽压对象式中的静态增益K，惯性时间常数T，纯滞后时间L都是随运行工况的不同而变化的参数。以某厂国产循环流化床为例，当锅炉负荷在25100范围内变化时，以上参数

4、的变化范围：K为65，T为300225s，L为10080s；a值基本保持20s左右。7一般情况，在系统：的状态空间中，有一个s(x)=S(x1，x2，.xN)=0，它将状态空间分成两部分s0。 切换面上的终止点系统运动点达到切换面s=0附近时，从切换面的两边趋于该点。s=0上所有的点都是终止点的区域为“滑动模态”区。能达条件： 滑模控制8滑模控制器设计（1）设计切换函数（即系统滑模面），使它确定的滑动模态渐进稳定且具有良好的动态品质；（2）设计滑动模态控制律，使到达条件得到满足，在切换面上形成滑动模态区。9模糊控制总结控制经验知识，形成模糊控制规则。把需要观测精确变量模糊化。根据控制规则推导出

5、模糊控制输出。把模糊控制输出转换为精确变量进行控制。10滑模控制器设计过程中通常需要控制对象的数学模型来求解控制律u(t)。使用模糊控制设计控制律来削减滑模控制器设计对控制对象的依赖。采用模糊控制规则调整控制变量u的大小，确保能达条件成立。模糊滑模11模糊滑模控制器设计根据模糊控制原理，定义s和ds为模糊控制器的输入，输出为dus=NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PBds=NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PBdu=NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB12自组织模糊控制系统框图自组织模糊控制模糊控制的核心是模糊控制规则。修改、完善控制规则是提升模糊控制的根本。自组织模糊控制器(Sel

6、f-organizing Fuzzy Controller) 是一种基于规则修改的启发式控制器。13自组织模糊控制-性能测量表P0EECNLNLNMNSZEPSPMPLNLNLNLNLNLZEPSPSNMNLNLNLNMPSPMPMNSNLNLNMNSPMPMPLZENLNLNMZEPMPLPLPSNLNMNMPSPMPLPLPMNMNMNSPMPLPLPLPLNSNSZEPLPLPLPL14自组织模糊控制-修改规则15自组织模糊滑模使用自组织模糊方法来调整模糊滑模控制中的模糊控制规则就形成了自组织模糊滑模控制。量化及模糊化控制对象模糊算法模糊集模糊判决模型性能评估器规则修改控制规则+-SPi

7、P0DS微分切换函数16(1)选取系统的位置误差e和速度误差de作为状态变量。设切换函数s=c1e+c2de。(2)定义描述输入变量e、de及输出变量u的语言值的模糊子集为PB=正大，PM=正中，PS=正小，ZO=零，NS=负小，NM=负中，NB=负大。设输入变量及输出变量的语言变量的隶属函数曲线如下图。 仿真实验-控制器设计1-10-5100500.20.40.60.81NBPMNMPBZOPSNS各语言变量的隶属函数曲线17仿真实验-控制器设计2(3)设定输出U的反模糊化方法。选取加权平均法 。(4)以满足 s ds 0 这个滑模到达条件为根据，设计基本控制规则。基本控制规则如下表。 sd

8、sNBNMNSZOPSPMPBNBNBNBNBNBZOPSPMNMNBNBNBNMPSPMPMNSNBNBNBNSPMPMPBZONBNBNMZOPMPBPBPSNBNMNMPSPBPBPBPMNMNMNSPMPBPBPBPBNMNSZOPBPBPBPB18仿真实验-控制器设计3(5) 以修正控制系统输出减小控制误差为目标，确定性能查询表如下表。 dss-6-5-4-3-2-10123456-6-6-6-5-5-4-4-3-2-10011-5-6-5-4-4-3-3-2-1-10012-4-5-5-3-3-3-2-1-100122-3-5-4-3-2-2-1-1-101222-2-4-3-2-

9、1-1-10011223-1-3-3-1-10000112330-3-2-100000223341-1-1000111223442-10011122234453001122223345540122223334556511233333445666123333444556619仿真实验-控制器设计4(6) 用MATLAB的SIMULINK工具箱设计控制方案如下图。 20仿真实验-结果125工况自组织模糊滑模控制器多次阶跃响应比较 100工况自组织模糊滑模控制器多次阶跃响应比较 21仿真实验-结果2曲线、和分别为PID控制、基于比例切换函数的滑模控制、模糊控制和自组织模糊控制的在25工况下的阶跃响应曲线。 曲线、和分别为PID控制、基于比例切换函数的滑模控制、模糊控制和自组织模糊控制的在100工况下的阶跃响应曲线。 22结论本文提出的自组织模糊滑模控制器，吸收了滑模控制与模糊控制的优点，对系统控制对象模型依赖度低，并且具有很强的鲁棒性。此控制器还有记忆及再励学习的特性，是一种具有类人行为的智能控制器，仿真实验结果表明本文提出的循环流化床锅炉主汽压力自动控制系统可以在工程上付诸应用。本文为循环流化床锅炉自动控制系统设计提供了一个新方向。对循环流化床锅炉数学模型尤其是燃烧系统模型进行更详细的研