基于模糊理论的热风炉燃烧控制系统研究与设计

摘要

热风炉的燃烧控制是高炉生产中一个非常重要的过程控制，但其在很大程度上依赖于操作者的经验，很难实现自动化燃烧控制，不利于节能降耗。而基于知识且不依赖于模型的智能控制为解决这类问题提供了新的思路，成为目前提高过程控制质量的重要途经。 本文针对热风炉燃烧控制的难点问题，首先分析了常规PID控制、模糊控制以及自适应模糊控制几种复合模糊控制的优缺点，然后将模糊控制和PID控制结合起来，使之既具有模糊控制灵活且适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点，对热风炉燃烧控制算法进行优化。另外，根据热风炉不同燃烧阶段的特性选择相应的控制策略对燃烧过程的空燃比和煤气流量进行调节，从而达到有效控制拱顶温度和废气温度的目的。最后对应用在燃烧控制系统中的算法进行了仿真实验。实验结果表明，此方案可以有效提高控制的稳定性，明显的减小超调量，并可协调快速性与超调量之间的矛盾，使参数间相互影响减小且相对容易整定，提高系统的控制品质。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

1.1课题研究意义及来源

1.2热风炉燃烧控制系统简介

1.2.1热风炉燃烧控制技术发展现状

1.2.2面临的主要问题

1.2.3提高热风炉燃烧控制性能的主要方法

1.3模糊控制应用简介

1.3.1模糊控制理论的特点及研究动态

1.3.2模糊控制的应用回顾

1.4本文所做的主要工作

第二章模糊控制理论研究

2.1模糊控制的数学基础

2.1.1模糊集合与隶属函数

2.1.2模糊关系及其合成

2.2模糊控制的工作原理

2.2.1模糊控制系统组成

2.2.2模糊控制的基本原理

2.2.3模糊系统的结构

2.3模糊控制器的设计

2.3.1模糊控制器的结构设计

2.3.2模糊规则的选择

2.3.3模糊推理及解模糊化的方法

2.3.4模糊控制器论域及比例因子的确定

2.4模糊控制算法研究

2.4.1查表法

2.4.2软件模糊推理法

2.4.3解析公式法

2.4.4控制算法实现

2.5小结

第三章热风炉燃烧控制系统设计

3.1热风炉的发展现状

3.2热风炉工艺及燃烧过程

3.2.1热风炉工艺

3.2.2热风炉燃烧控制过程

3.2.3热风炉燃烧控制的难点

3.3改进的燃烧制度

3.3.1燃烧制度

3.3.2燃烧制度的比较

3.3.3燃烧制度的改进

3.3.4合理燃烧的判断

3.4常规热风炉燃烧控制方案的比较

3.5系统方案设计

3.5.1燃烧控制的要求

3.5.2系统控制概念图

3.5.3系统结构设计

3.6小结

第四章最佳空燃比控制策略设计

4.1引言

4.2模糊控制与PID控制的结合

4.3仿真分析

4.3.1仿真模型的建立

4.3.2仿真结果

4.4最佳空燃比模糊控制器设计

4.4.1输入变量E和EC的模糊化

4.4.2语言变量及隶属函数

4.4.3输出变量U的变换及隶属函数的选取

4.4.4模糊推理及解模糊化方法

4.4.5模糊控制规则设计

4.4.6模糊控制查询表

4.5控制结果分析

4.5.1设定值控制

4.5.2抗干扰控制

4.6小结

第五章管理期废气温度控制策略设计

5.1引言

5.2自适应模糊控制器原理

5.2.1自适应模糊控制器的发展

5.2.2自适应模糊控制器的结构

5.2.3带修正因子的模糊自适应控制器

5.3管理期模糊控制器的设计

5.4仿真结果分析

5.5小结

第六章系统实现

6.1辅助功能模块实现

6.1.1热风炉操作预测模型

6.1.2系统纯滞后处理

6.2热风炉燃烧控制系统实现

6.2.1控制系统硬件结构设计方案

6.2.2控制系统软件设计方案

6.3仿真实验简介

6.3.1 MATLAB语言简介

6.3.2仿真过程描述

6.4小结

第七章总结与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

附 录

致 谢

攻读硕士期间所做的工作