Abstract

The control of boiler drum water level plays an important role in the automation control of boilers, the control effect directly affects the safety production of the boiler. In order to solve problems of non-linearity, instability and time-delay of boiler drum water level control system and difficulty in establishing accurate mathematical model, a feedforward-cascade three-flush boiler water level control system is designed, the Simulink control simulation system is established, and the control system is simulationed in the MATLAB environment, parameters of PID is determined according to engineering setting method, considering the PID controller exists some shortage,the adaptive fuzzy PID controller is designed and simulationed. The results of the system simulation analysis indicate, the three-pulse cascade and feedforward water level control system can effectively eliminate the load (steam amount) change and the disturbance of the feed water flow fluctuation, fuzzy adaptive PID has shorter response time and smaller overshoot than PID controller, to make the control water level meet the stable-operational requirement with high qualituy and accuracy, and can more satisfy the boiler drum water level control requirements.

Highlights

  • Adaptive Backstepping Fuzzy Control Based on Type-2 Fyzzy System [J]

  • Journal of Applied Mathematics ,2019 (5): 639-645。

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Summary

Introduction

摘要: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影响到锅炉的安全生 产。针对锅炉汽包水位控制系统具有非线性、不稳定性和时滞性及难以建立精确数学模型的问题,设计了前馈-串级三 冲量锅炉水位控制系统,建立了Simulink控制仿真系统,并在MATLAB环境中对控制系统进行了模拟仿真,并按照工 程整定的方法对PID控制器进行参数整定,然后针对PID控制器存在的一些不足,设计了模糊自适应PID控制器,并对 该控制器进行仿真分析,系统仿真分析的结果表明,三冲量串级加前馈水位控制系统可以有效消除负荷(蒸汽量)变 化和给水流量波动的干扰,模糊自适应PID具有比PID控制器更短的响应时间和更小的超调量,能够快速使控制水位达 到稳定运行要求,具有较高的调节质量和调节精度,更能满足锅炉汽包水位控制的要求。 锅炉是化工、炼油、发电、发热等工业生产过程中必 不可少的重要的动力设备,锅炉产生的高压水蒸气,既可 作为风机、压缩机、大型泵类的驱动动力源,又可作为蒸 馏、化学反应、干燥和蒸发等过程的热源[1]。锅炉工作过 程中各项指标的调节难以建立数学模型,具有非线性、不 稳定性、大滞后、大惯性的特点[2],所以如何改善对锅炉 的控制并保证其正常工作,提高工作效率一直是人们关注 的焦点[3]。 工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流 量使其与蒸发量保持动态平衡,汽包水位是锅炉安全、 稳定运行的重要指标和重要参数,即将锅炉水位控制在 合适的范围之内[4],由于控制对象在给水量扰动时有一 定的惯性,在负荷扰动时又存在“虚假水位”,采用传统 的PID控制方式很难适应,模糊控制能够有效适应锅炉 汽包水位控制系统工况,其不足在于控制精度低[5]。模 糊 PID 控制在锅炉温度控制中已经取得了较好的效果 [6],通过MATLAB将DMC预测算法与前馈串级控制相 结合来提高锅炉水位控制系统的抗干扰能力,取得了较 好的仿真效果[7]。本文采用前馈-串级三冲量水位控制 系统能有效消除这些扰动,以汽包水位为主信号,任何 导致水位变化的扰动都会使调节器动作;蒸汽流量作为 前馈信号,防止“虚假水位”引起的调节器误动作,改善 蒸汽流量扰动时的调节质量;给水流量作为反馈信号, 使调节器能够在水位还没变化时就对前馈信号的变化 做出反应,消除干扰[8]。

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