淺談油船輔鍋爐水位仿真控制

馮禮賓 李峰

摘要：針對船用輔鍋爐水位難以建立精確的數學模型的特點，為了便于建立較為精確的模擬控制單元，借助MATLAB/SIMULINK，以鍋爐水位作為控制對象，對鍋爐水位控制器進行建模分析，使鍋爐水位理想的模擬控制單元。鍋爐水位控制的任務是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發量，給水量的變化隨蒸發量的變化而變化，并維持鍋爐水位在工藝允許的范圍內，以保證鍋爐的安全運行。

關鍵詞：鍋爐水位；PID；模糊控制；仿真

1.概述

鍋爐水位仿真研究的內容：鍋爐水位控制的內容是使給水量跟蹤鍋爐的蒸發量，給水量的變化隨蒸發量的變化而變化了，并維持鍋爐水位在工藝允許的范圍內。針對鍋爐水位難以建立數學模型的特點，為了便于建立較為精確的模擬控制單元，借助MATLAB/SIMULINK，對控制器進行建模分析以實現對鍋爐水位的仿真控制。以鍋爐水位作為主要控制對象，對鍋爐水位控制器進行建模分析并用MATLAB仿真，還用了幾種控制方式的對比，從而得出鍋爐水位控制器的理想模型。

2.常規PID的研究

輸入部分為鍋爐水位的偏差 ，控制參數包括 ，傳遞給控制對象傳遞函數，再經過一個負反饋來完成控制過程。

3.帶斜率控制器和飽和限制的PID仿真研究

輸入部分為偏差 ，傳遞給PID控制模塊，該控制模塊的參數包括 ，經過斜率控制器Rate Limiter和飽和控制器Saturation的處理后，傳遞給控制對象，再經過一個負反饋來完成控制過程。

4.模糊PID的仿真控制研究

輸入信號為偏差 和偏差率 ，經過模糊邏輯控制器Fuzzy logic controller的模糊控制在進一步傳遞給PID控制系統，然后傳遞給控制對象，再將輸出信號反向回傳給加減運算器，進行負反饋調節。

5.模糊自適應PID的仿真研究

輸入信號為偏差 和偏差率 ，經過模糊邏輯控制器Fuzzy logic controller的模糊控制在進一步傳遞給PID控制子系統Subsystem，然后傳遞給控制對象，再將輸出信號反向回傳給加減運算器，進行負反饋調節。

6.幾種PID控制方法的綜合對比

常規PID控制超調量大（最大值接近1.5），過渡時間長（接近6s）；帶斜率控制和飽和限制的PID控制超調量較?。ń咏?.1），過渡時間長（接近6s）；模糊PID控制超調量小，甚至可以實現無超調，但過渡時間較長（接近4s）；模糊自適應PID控制超調量小，可以實現無超調，過渡時間短（接近2.5s）。

顯然，模糊自適應PID控制方法作為最佳控制方案，它結合了模糊PID超調量小和自適應過渡時間短的優點，取得了較好的控制效果，控制性能優于傳統PID和模糊PID，一定會有較為廣闊的應用前景。

7.結論

在設計過程中，通過對船用輔鍋爐動態響應過程的分析得到了鍋爐水位控制的數學模型，借此對鍋爐水位進行控制仿真分析，得到了鍋爐各種工況下的工作特性曲線，通過對曲線進行分析，驗證了本設計的控制方法對鍋爐控制非常有效，從而為船用輔鍋爐水位的控制找到了一有效的方法。比較了傳統PID、帶斜率控制器和飽和限制的PID、模糊PID和模糊自適應PID的超調量和過渡時間，找出了最佳控制方案，最佳控制方案的具體特征：超調量小、響應速度快、波動次數少、動靜態穩定性能好、抗干擾能力強。

參考文獻：

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