内容发布更新时间 : 2024/5/2 12:45:31星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

蒸汽机模糊控制系统

一、 项目设计内容

根据模糊控制原理，结合蒸汽发动机实际控制对象和工作特点，设计出本系统的模糊控制器，给出主要控制对象——蒸汽机机的详细控制规则。通过对对象的分析，确定模糊控制策略，对被控制量进行模糊化，并通过模糊推理、解模糊等模糊控制理论的过程，其中由专家和熟练操作技工的经验得出模糊控制规则，通过计算可得到模糊控制查询表。

二、 项目解决的主要问题

任何一个执行机构都存在一个线性工作区，在此线性区内，它可以线性地跟踪控制信号，而当控制信号过大超过这个线性工作区，就进入饱和区和截止区，其特性变成非线性特性。同时，执行机构还存在一定的阻尼和惯性，其控制信号的响应速度受到限制。因此，执行机构的动态特性也存在一个线性工作区，控制信号的变化率过大也会使执行机构进入非线性区。PID 算法中积分项控制作用过大将会出现积分饱和，增量式算法中未分项和比例项控制作用过大将出现微分饱和，都会使执行机构进入非线性区，从而使系统出现过大的超调量和持续振荡，动态品质变差。为了克服以上两种饱和现象，避免系统的过大超调量，是系统具有较好的动态指标，必须使 PID 控制器输出的控制信号约束，即对标准的 PID 控制算法进行改进，并主要是对积分项和微分项的改进。

模糊控制器是应用模糊数学知识，模拟人的思维方法，把人用自然语言描述的控制策略改造成模糊控制规则，由模糊控制规则构造出模糊关系，而把模糊关系作为模拟变换器，把输入、输出的模糊向量按模糊推理方法处理，进而确定控制量。

模糊PID控制器是在一般PID控制系统的基础上，加上一个模糊控制规则环

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节，利用模糊控制规则在线对PID参数进行修改的一种自适应控制系统。它以误差e和误差变化ec作为输入，可以满足不同时刻的e和ec对参数自整定的要求。它将模糊控制和PID控制器两者结合起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点，对复杂控制系统和高精度伺服系统具有良好的控制效果.

模糊控制的基本原理，设计蒸汽机模糊控制系统，蒸汽机模糊控制器包括精确量的模糊化、建立模糊控制规则和模糊关系、输出信息的决策。

三、 项目设计方案

模糊控制器的输入变量是速度与设定值的误差se、压力与设定值的误差pe，为提高控制精度，采用四维输入，即增加两个误差的变化量ds、 dp也作为输入变量。模糊控制器的输出变量是对锅炉的加热控制变量hc、锅炉汽门开度控制变量vc。

pe微分rs+-se微分?s?p模糊控制器加热控制汽门控制蒸汽机压力速度rp+-蒸汽机模糊控制系统结构示意图

常规 PID 控制器无法实现参数的在线调整，为此在常规 PID 的基础上加设模糊参数自整定控制器，使其根据系统的偏差的大小、方向、以及变化趋势等特征，通过 Fuzzy 推理作出相应决策，自动的在线调整 PID 的三个参数?K p 、?KI 、?K D ，以便达到更加满意的控制效果的目的。模糊 PID 控制器主要包括模糊参数整定器和变参数 PID 控制器两部分。

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模糊pid控制器结构示意图

四、 项目实施过程

蒸汽机原理是水烧热之后,通过转换阀(转换阀就相当是一个四通阀门,起着加压,和排气的作用)来到汽缸的正面,活塞向反面运动,反面的蒸汽通过转换阀的排气口排除活塞运动到,反面顶点后,由飞轮上的一个连动机构作用于转换阀,这时转换阀的加压口变成排气口,排气口变成加压口,压力作用活塞由反面向正面运动,完成一个作功.

表 1 模糊变量e的隶属度值

e -6 0 0 0 0 0 -5 0 0 0 0 0 -4 0 0 0 0 -3 0 0 0 0 -2 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0.3 +1 0 0 0.8 0.6 0 0 0 +2 0 0.2 1.0 0.1 0 0 0 +3 0.1 0.7 0.5 0 0 0 0 +4 0.4 1.0 0.1 0 0 0 0 +5 0.8 0.7 0 0 0 0 0 +6 1.0 0.2 0 0 0 0 0 E PB PM PS ZO NS NM NB 0.1 0.6 1.0 1.0 0.8 0.3 0 0 0 0 0 0.1 0.5 0.2 0.7 1.0 0.7 0.2 1.0 0.8 0.4 0.1 表 2 模糊变量se的隶属度值

ec -6 0 0 0 -5 0 0 0 -4 0 0 0 -3 0 0 0 -2 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 3

E PB PM PS +1 0 0 0.9 +2 0 0.2 1.0 +3 0.1 0.7 0.7 +4 0.4 1.0 0.2 +5 0.8 0.7 0 +6 1.0 0.2 0