压力模糊pid控制系统设计

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1、压力模糊PID控制系统设计第一章工程设计概述1.1论文设计的背景1.1.1国内外工厂主蒸汽压力控制的简介及现状随着工厂锅炉机组越来越向着高参数、大容量的方向发展，对热工自动控制系统的控制品质的要求也越来越高。从30年代起，锅炉控制中就采用了PID控制器。目前，国内的锅炉燃烧控制仍然大多采用常规PID控制器，或者为了改善控制效果，加一些前馈控制。控制方法远远落后于国外的控制技术，尤其是北欧国家和德国。锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。而这一切都离不开对压力控制系统的研究。而国外一些发达国家在控制系统这方面的研究更是非常的重视，而且在

2、高科技技术的背景下，更是取得了相当大的成果。在国内无论是燃烧过程自动控制系统、汽包水位自动控制系统，还是主蒸汽压力自动控制系统等，主要都是采用各种类型的常规PID控制策略，也就是说PID控制在化工厂的大大小小的控制系统中仍占着主导地位。多年来，虽然PID控制在化工厂热工过程控制中发挥了很大作用，在一些机组的某些控制系统上也有令人满意的控制效果，但是，由于PID算法本身的限制，在某些复杂对象上应用时，控制效果很不理想，甚至无法实现自动控制。究其原因，主要是因为PID控制实施有效的前提是要有准确的被控对象模型。当实际被控对象模型发生变化时，按照原被控对象模型进行参数整

3、定的PID控制器的控制效果就很难保证了。而且在实际的工程应用中，被控对象的模型往往是不精确的、时变的，有时甚至根本无法获得，这时采用常规的PID控制就很难达到理想的控制效果。也就是说面对越来越复杂的被控对象，常规PID控制己束手无策，要想获得好的控制效果，必须采用其它的控制策略。英国科学家马丹尼E.HMamdani首先应用模糊控制方法来控制用于试验的锅炉和汽轮机；美国德克萨斯州的某化工厂工业锅炉及所有蒸汽回路都采用了EXACT，蒸汽消费量减少了15%；在燃油锅炉上应用最优控制，自适应控制等现代控制技术的例子也有多次报道[1]。1.1.2工业反应炉压力控制的重要性工

4、厂反应炉压力，主要是锅炉主蒸汽压力，是指从汽包出来的饱和蒸汽经过布置在锅炉烟道中的各种形式的过热器与高温烟气进行热交换后，最后在过热器出口所得到的蒸汽的压力。它是工厂生产过程中的一个非常重要的监测和控制参数，过高或过低都会影响到生产的安全性和经济性。主蒸汽压力过高，可能使过热器管道和汽轮机高压缸等设备产生变形而被损坏；主蒸汽压力过低，会导致机组效率降低。因此，一般要求主蒸汽压力基本上维持在额定值(即给定值)附近。压力是锅炉控制系统的一个重要的参数，因为热工厂是靠蒸汽推动汽轮机转动，汽轮机是将蒸汽的能量转化为机械功的旋转式动力机械，又称蒸汽透平。蒸汽的压力会影响后面

5、的整个工序，如果蒸汽的压力不够的话将是汽轮机无法正常工作。势必会影响到蒸汽机的寿命和厂子的效益。压力过高将可能导致锅炉超压运行。动力锅炉主要为炼油装置提供生产用蒸汽，若装置因紧急情况而突然减少或切断进汽，锅炉便会出现瞬时超压情况。在锅炉生产过程中，过热蒸汽温度是整个汽水通道中最高的温度。过热器温度过高将导致过热器损坏，同时还会危及汽轮机的安全进行，甚至出现爆炸等极端的事故。1.2工厂生产工艺介绍1.2.1化工反应炉简介反应炉即通常所说的锅炉装备，由锅和炉两部分组成锅（汽水系统）：由省煤器、汽包（汽水分离器）、下降管、联箱、水冷壁，过热器和再热器等设备及其连接管道和

6、阀门组成。炉（燃烧系统）：由炉膛、燃烧器、点火装置、空气预热器、烟风道及炉墙，构架等组成.锅炉是工业生产过程中必不可少的重要动力设备。它通过煤、油、天然气的燃烧释放出的化学能，通过传热过程把能量传递给水，使水变成水蒸气。这种高压蒸汽即可以作为蒸馏、化学反应、干燥和蒸发过程的能源，又可以作为风机、压缩机、大型泵类的驱动透平的动力源。随着石油化学工业生产规模的不断扩大，生产过程不断强化，生产设备的不断更新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着高效率，大容量发展。为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要由于主蒸汽压力被控对象总是存在着一定的迟延，而且随着机组

7、容量的增加和参数的提高，锅炉过热器管路长度和受热面面积增加，主蒸汽压力的迟延也会增大，而被控对象迟延越大，控制难度也越大，所以主蒸汽压力的控制已成为工厂各个控制系统中的一个控制难点。在机组运行工况波动比较大时，许多工厂只好由运行人员手动进行主蒸汽压力的控制[6]。通过对一些大型工厂主蒸汽压力控制情况的调研了解到：目前工厂的主蒸汽压力控制普遍采用串级PID控制策略(个别小型工厂的主蒸汽压力控制因迟延现象不是很严重仍采用单回路PID控制)。主蒸汽压力串级PID控制系统包括主回路和副回路两个回路。副回路包括副调节器、执行机构、主蒸汽压力被控对象的导前区和测量导前压力的压

8、力变送器。