開題報告

電氣工程及自動化

鍋爐蒸汽溫度模糊控制器的設計

一、綜述本課題國內外研究動態，說明選題的依據和意義

隨著科學技術的日益發展我國的電力系統正在發生著一場巨大的改革。計算機技術的不斷成熟，通信技術所覆蓋的領域越來越大，控制理論及信息處理技術也在不停地向前發展，新材料、新工藝正在代替傳統的材料與工藝。這些都推動了電廠控制技術的進步，各種技術之間的聯系越來越緊密，給電廠自動化控制帶來了前所未有的機遇。

眾所周知，電能不僅是現代工業生產的主要能源和動力，也是保障日常生活秩序的重要依靠。隨著近些年我國經濟的高速發展，對電的需求也是越來越大，電力系統的不斷擴大，對電力系統的自動化控制技術水平的要求也越來越高，其中對電廠鍋爐蒸汽溫度的控制精度的要求也是越來越高。鍋爐蒸汽溫度在電廠安全經濟運行方面有著相當重要的地位，同樣對防止鍋爐超溫也有很大的作用。為了保證電廠在運行當中的安全，也為了保證對現代化生產與日常生活的電量供給，所以對電廠鍋爐蒸汽溫度控制的研究是一項重要的任務。

到目前為止我國的發電廠還是主要以火電廠為主，在我國電力工業中占據著重要的地位，是我國重點能源工業之一。在我國火電廠鍋爐中燃煤爐占有最大的比重，生產蒸汽的主要設備還是以鍋爐為主。精確控制電廠鍋爐蒸汽溫度有以下幾方面的好處：

（1）提高電廠汽輪機組可靠運行。保證機組可靠地、安全地工作是電廠的首要任務，電廠熱力系統的復雜性，在平時如果單靠工作人員來進行管理與監測的話，是一項很難完成的任務，而且也很有可能因為人員的誤操作引起事故，對電廠造成損失。

（2）提高電廠汽輪機組經濟運行。電廠裝上自動化裝置后能使機組運行地更加穩定與安全，所以對電廠的經濟性也有很大程度的幫助，可以為電廠減少一些維修與檢修的費用支出，也可提高電廠的熱效率，降低煤耗與熱耗。

（3）改善勞動條件。在生產過程中實現自動化，可以減少工作人員的日常工作量，為工作人員減少了不少負擔。工作人員在日常工作時除了在機組的啟動和停止的時候需要操作以外，在機組正常運行時只需要在控制室監視機組運行情況即可。

（4）提高生產效率同時起到提高經濟效益的作用。

所以精確控制電廠鍋爐蒸汽溫度在安全、可靠的范圍之內對推動我國經濟發展有著巨大的意義。

傳統PID控制經過這么多年的發展，已經形成了一套比較完善、成熟的理論，在現在的自動控制領域還是占據著比較大比重，但是隨著被控對象的越來越復雜，傳統PID控制已經無法再滿足一些系統的控制要求了。模糊控制雖然起步較晚，到現在也還沒有較完善的理論，但是它對那些復雜的、非線性系統的控制性能卻要優于傳統PID控制。

自動控制理論經歷了經典控制和現代控制兩個重大的發展階段，其理論已經非常成熟與完善了。但是隨著被控系統變得越來越復雜以及一些外界因素的干擾，對于一些被控系統已經很難再建立起非常有效的數學模型，在這種情況下傳統控制理論就很難再滿足系統的控制性能了，這時就要運用新興的模糊控制了。

模糊控制就是利用模糊集合理論，把人的模糊控制策略轉化為計算機所能接受的控制算法，進而實施控制的一種理論和技術。它可以模擬我們人類的思考方式，這就可以對一些無法建立起有效數學模型的被控對象進行模糊控制來達到系統的控制要求。現在，模糊控制已經被應用于許多方面，不僅僅是在工業上，而且也在社會學、生物學及醫學等其它領域得到了很好的應用。

在模糊控制中最重要的就是模糊控制器的設計，模糊控制器最為模糊控制的核心，它設計結構上的好壞直接影響了模糊控制性能的優劣。

發電廠從鍋爐汽鼓出來的飽和蒸汽經過過熱器繼續加熱，使蒸汽溫度達到一定的要求溫度后，再去推動汽輪機工作。每一種鍋爐與汽輪機組都有一個規定的運行溫度，在這個溫度下機組的效率最高。如果溫度過高，會使汽輪機的壽命大大縮短，如果溫度過底，當蒸汽帶動汽輪機作功時，會使部分蒸汽變成小水滴，沖擊汽輪機葉片，造成生產事故，因此要求控制溫度的誤差在很小的范圍內變化。電廠鍋爐蒸汽溫度自動控制的主要任務是使過熱器出口蒸汽溫度不超出某一個范圍，并且起到保護過熱器的作用，使管壁溫度在允許的工作溫度之內。要使電廠鍋爐運行地質量達到一定的要求，就要嚴格控制電廠的過熱汽溫。過熱氣溫的高或者低都會在很大的程度上影響電廠機組的安全運行與電廠運行地經濟效益。

鍋爐蒸汽溫度具有大滯后、大慣性的特點，并且動態特性隨機組負載變化而變化，運行過程中擾動多、難控制。鍋爐蒸汽生產過程中的大多數事故都是由于鍋爐蒸汽溫度控制不當引起的，因此鍋爐蒸汽溫度控制在電廠生產中具有極其重要的作用。

目前，主要是通過噴水減溫來調節與控制鍋爐汽溫，其工作原理是通過給水閥門給水，水可以吸收蒸汽熱量，這樣就達到了降低汽溫的目的。

二、研究的基本內容，擬解決的主要問題：

鍋爐蒸汽溫度被控對象，通常具有非線性、參數慢時變和大慣性的動態特性，雖然可根據工作機理或運行經驗給出某種數學模型，但卻由于時變特性，使模型的參數不能隨時隨地地跟蹤實際的受控對象，給常規控制系統的設計與調試帶來許多困難。

所以本次研究的基本內容就是要解決電廠在日常運行當中，由于鍋爐過熱蒸汽溫度所引起不良現象。在上面已經提出了解決問題的主要方法就是運用模糊控制規律對過熱蒸汽溫度進行控制，消除它對整個電廠系統的不良影響。

要解決的主要問題有以下幾點

（1）

要知道控制對象。

（2）

如何來設計模糊控制器。

（3）

要達到何種程度的控制精度。

（4）

通過何種途徑來驗證控制是否滿足設計要求。

三、研究步驟、方法及措施：

（1）對控制對象也就是鍋爐過熱蒸汽溫度，對其進行建模。

（2）了解模糊控制的基本理論，掌握模糊控制器的設計方法，并對具體對象進行模糊控制設計。

（3）通過應用模糊控制理論對對象進行模糊控制器設計之后，對其進行MATLAB仿真。

（4）通過觀察仿真圖形，看是否滿足控制要求，如果不滿足則通過更該控制器中的參數再對其進行仿真，直到使得仿真結果滿足設計要求為止。

四、參考文獻

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