热水锅炉水温控制的智能方法研究

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1、热水锅炉水温控制的智能方法研究制作:符国炎指导老师:朱双东课题分析关键词:锅炉:一种将燃料燃烧，使其中的化学能转变为热能传递给水，使水变为有一定压力和温度的蒸汽或热水的设备。简单地说，锅炉是一种产生热水或蒸汽的设备，即蒸汽（热水）发生器。温度控制:一般使用PI或PID控制。智能控制:一类无需人的干预就能独立驱动智能机械而实现其目标的自动控制。（基于BP神经网络的PID自整定智能控制方法）主要工作1.以AE2000A过程控制实验台为硬件基础，MCGS组态软件为控制软件平台，实现了锅炉温度的传统PID控制。控制效果最佳可达：控制精度在±0.3℃之内；此时的

2、超调量为4.6%，调节时间Ts=1.8分钟，峰值时间Tp=1.25分钟。并且验证了PID各参数对系统性能的影响。2．提出了一种新型的智能控制算法——基于BP神经网络的PID自整定算法。本文以MATLAB为工具分别对传统PID控制算法和基于BP神经网络的PID自整定算法进行了仿真实验，结果表明本文所采基于神经网络的控制算法在自适应性、鲁棒性和控制品质等方面较单纯PID算法有较显著的提高。主要内容:第一章锅炉温度控制概述第二章智能温度控制算法的研究第三章硬件组成(AE2000A)第四章软件组成(MCGS组态)第五章实验结果及分析第六章基于BP神经网络的PI

3、D自整定算法的MATLAB仿真PID控制PID控制器结构图：KpTd*STi/S被控对象反馈r—euy数字PID控制算法位置型：增量型：式中本设计使用增量型。锅炉温度控制的系统结构测温元件：铂电阻pt100，三线制接法。执行机构：三相可控硅（SCR）移相调压装置，4-20mA调节晶闸管的导通角α从而提高0-380V的连续可调交流电压。A/D、D/A模块：本系统中的A/D、D/A模块对应于远程数据采集模块ICP-7017、ICP-7024。水循环：为了提高控制精度，使温度超调后能迅速下降，缩短调节时间。控制器D/A三相加热管锅炉温度传感器A/D给定值测量

4、值温度软件设计MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem,通用监控系统)时实数据库的建立设备窗口的组态用户窗口的组态主控窗口的组态运行策略的组态主控制界面实验结果及分析被控对象数学模型的建立阶跃响应曲线法：最终数学模型为：扩充响应曲线法整定PID取控制度为1.05,查表得实验证明此种方法不能得到很好的控制效果，只能给试凑法提供调整依据。试凑法整定PIDP调节与分析加大Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差ess，提高控制精度。但是加大Kp只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。Kp偏大，会使系统震荡趋向不稳定。PI调

5、节与分析PID调节与分析总结PID各参数对系统的影响1.比例系数Kp对系统性能的影响（1）对动态性能的影响Kp加大，使系统动作灵敏，速度加快。Kp偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。当Kp太大时，系统会趋于不稳定。若KP太小，又会使系统的动作缓慢。（2）对稳态特性的影响加大Kp，在系统稳定的情况下，可以减小稳态误差ess，提高控制精度。但是加大KP只是减少ess，却不能完全消除稳态误差。2.积分时间常数TI对系统性能的影响（1）对动态性能的影响Ti太小时，系统将不稳定，Ti偏小，则系统振荡次数较多。Ti太大，对系统性能的影响减少。当Ti合适时，过渡过程

6、的特性则比较理想。（2）对稳态特性的影响积分控制能消除系统的稳态误差，提高控制系统的控制精度。但是，若TI太大时，积分作用太弱，以致不能减小稳态误差。3.微分时间常数TD对系统性能的影响微分控制可以改善动态特性，如超调量减小，调节时间缩短。当TD偏大时，超调量较大，调节时间较长；当TD偏小时，超调量也较大，调节时间也较长。只有TD合适时，可以得到比较满意的过渡过程。控制策略的提出神经网络具有自组织、自学习、自适应的能力，与传统的PID结合，可以在一定程度上解决传统PID不易在线实时整定参数，难以对一些复杂过程和参数慢时变系统进行控制的不足，而且提高了系

7、统的抗干扰性。BP网络是典型的神经网络具有逼近任意非线性函数的能力。Pid控制器Bp学习算法KpKiKd对象yure基于BP神经网络的PID自整定算法的MATLAB仿真仿真模型的确定上面求得数学模型加上零阶保持器后进行Z变换离散化后得：T=1s单位阶跃作用下扰动作用下结论优点：基于神经网络的PID控制算法结合了神经网络与PID控制算法的优点，具有良好的自适应能力，并且能够在线调整参数，进一步增强了这种算法的自适应能力，无论是超调量,调节时间,鲁棒性,抗干扰性等方面都有很大的改善。缺点：基于神经网络的PID控制算法的控制效果很大程度上决定于网络的初始连接

8、权，因为PID的自整定过程就是BP网络的收敛过程，而对控制系统来说，要求自整定时间要尽量的短，