神经模糊控制器在锅炉控制中的应用与研究
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摘要
本文以大连海事大学的锅炉房改建工程为背景，依托大连海事大学自动化研究所的“大连海事大学锅炉控制系统”，使大连海事大学锅炉房的锅炉控制系统由原来手工操作的控制过程实现由计算机系统来监控。原来的手工操作锅炉控制系统操作烦琐、复杂，要求操作工人对整个锅炉系统的运行过程及过程中各个耦合因素的相互影响都有相当深刻的了解，并根据现场实际情况能够及时调整各个相关参数以达到工艺需求。同时此过程需要操作工人全程监控，稍有疏忽就容易产生参数超标，调节不及时会产生爆炸的危险。因此把锅炉系统改建成由计算机实现易于接受的人机交互界面、实现现场控制和远程监控、声光报警等功能的计算机实时控制系统是十分必要的，此外此系统能够根据被控锅炉不同控制指标的要求灵活的调整控制参数，克服了需要重新进行设计、硬性修改等缺点，具有较强的现实意义。
本文采用神经模糊控制器对蒸汽锅炉的汽包水位、蒸汽压力进行控制，克服了利用传统控制器的控制系统控制效果不精确和对于非线性、纯滞后的系统以及控制对象难以确定的系统进而难以确定其控制参数等缺点。在制定模糊规则上，大量吸收来自现场的操作人员的经验，对模糊规则进行了反复的修改，同时系统的研究结合了神经网络自适应学习的模糊控制的原理和方法，利用数据样本进行神经自适应学习，得到学习校正后的隶属度函数和神经模糊控制器，进行控制结果的对比，并应用到实际控制系统中。
本控制系统自投运到现场后，经过实践检验能够达到锅炉控制的各项控制指标，运行稳定、可靠。此神经模糊控制系统具有控制简单易于理解、方法简便、调整灵活、计算量小、使用性强、控制精确效果好等特点，不仅适用于过程控制，而且也适合实时控制。同时此套控制系统使用方便、灵活、易于操作学习、功能完善强大，适合在锅炉控制行业中的推广和使用。
This paper is grounded on the project of rebuilding stokehold of Dalian Maritime University and relied on the Boiler Control System of Automation Institute of Dalian Maritime University. It changed this system controlled by manual work formerly into by computer. The manual work is complex. At the same time it need the workers to grasp the whole running process and the relations of each parameter and watch the whole process to avoid the taking place of explode. So it is needed that reforming to such a system of having the interface between workers and computer, the controller at real time, watch in long distance, giving alarms with sound and light. It can amend the control parameter related to the different need. It conquered the shortcoming of designing again and amending compellently. It has a very great signification.
Water level and steam press of boiler are controlled by Neural-fuzzy Controller in this paper. It overcame the shortcoming of imprecise, nonlinear controlled and so on. We absorbed great experiences from the manual workers. At the same we do the revise. Through the contrast, we summarize the strength of Neural-fuzzy Controller.
The control system can reach the request in technique by putting it into the operation to test. It proved that the control system has the merit of controlling simply, understood easily, little quantity of calculation and good control effect. It is fit to not only process control but also real time control. The using of this boiler control system is convenience and agility. Having the perfect functions makes it being studied easily and being fit to using and extending in the boiler control field.
本文采用神经模糊控制器对蒸汽锅炉的汽包水位、蒸汽压力进行控制，克服了利用传统控制器的控制系统控制效果不精确和对于非线性、纯滞后的系统以及控制对象难以确定的系统进而难以确定其控制参数等缺点。在制定模糊规则上，大量吸收来自现场的操作人员的经验，对模糊规则进行了反复的修改，同时系统的研究结合了神经网络自适应学习的模糊控制的原理和方法，利用数据样本进行神经自适应学习，得到学习校正后的隶属度函数和神经模糊控制器，进行控制结果的对比，并应用到实际控制系统中。
本控制系统自投运到现场后，经过实践检验能够达到锅炉控制的各项控制指标，运行稳定、可靠。此神经模糊控制系统具有控制简单易于理解、方法简便、调整灵活、计算量小、使用性强、控制精确效果好等特点，不仅适用于过程控制，而且也适合实时控制。同时此套控制系统使用方便、灵活、易于操作学习、功能完善强大，适合在锅炉控制行业中的推广和使用。
This paper is grounded on the project of rebuilding stokehold of Dalian Maritime University and relied on the Boiler Control System of Automation Institute of Dalian Maritime University. It changed this system controlled by manual work formerly into by computer. The manual work is complex. At the same time it need the workers to grasp the whole running process and the relations of each parameter and watch the whole process to avoid the taking place of explode. So it is needed that reforming to such a system of having the interface between workers and computer, the controller at real time, watch in long distance, giving alarms with sound and light. It can amend the control parameter related to the different need. It conquered the shortcoming of designing again and amending compellently. It has a very great signification.
Water level and steam press of boiler are controlled by Neural-fuzzy Controller in this paper. It overcame the shortcoming of imprecise, nonlinear controlled and so on. We absorbed great experiences from the manual workers. At the same we do the revise. Through the contrast, we summarize the strength of Neural-fuzzy Controller.
The control system can reach the request in technique by putting it into the operation to test. It proved that the control system has the merit of controlling simply, understood easily, little quantity of calculation and good control effect. It is fit to not only process control but also real time control. The using of this boiler control system is convenience and agility. Having the perfect functions makes it being studied easily and being fit to using and extending in the boiler control field.
引文
[1]汤兵勇 路林吉 王文杰编著，模糊控制理论与应用技术，清华大学出版社，2002．9
[2]李士勇编著，模糊控制神经控制和智能控制论，哈尔滨工业大学出版社，1998．9
[3]张化光 何希勤编著，模糊自适应控制理论及其应用，北京航空航天大学出版社，2002．7
[4]陶永华 尹怡欣 葛芦生编著，新型PID控制及其应用，机械工业出版社，1999．5
[5]冯冬清 谢宋和等编著，模糊智能控制，化学工业出版社，1998．9
[6]闻欣 周露 李东江 贝超编著，MATLAB模糊逻辑工具箱的分析与应用，科学出版社，2001．4
[7]DMC-500系列锅炉微机控制系统调试与投运，大连海事大学出版社，1992．8
[8]任春明 模糊控制在磷霉素钠生产过程控制中的应用与研究 大连海事大学硕士学位论文，2003．3
[9]张亮明 夏桂娟编著，工业锅炉自动控制，中国建筑工业出版社，1987．11
[10]孙优贤 孙红编著，锅炉设备的自动调节，化学工业出版社，1982．5
[11]郭蕴玉编辑，工业锅炉基础知识，科学普及出版社，1982．10
[12]孙智星 孙春在 [日]水谷英二编著，神经-模糊和软计算，西安交通大学出版社，2000．6
[13]李人厚编著，智能控制理论和方法，西安电子科技大学出版社，1999．10
[14]章正斌 吴汝善 于健编著，模糊控制工程，重庆大学出版社，1992．5
[15]褚静编著，模糊控制及应用，机械工业出版社，2001．3
[16]俞金寿编著，工业过程先进控制，中国石化出版社，2002．5
[17]徐晰 李涛 伯晓晨编著，Matalab工具箱应用指南—控制工程篇，2002
[18]art Kosko编著，Fuzzy Engineering，清华大学出版社 培生教育集团，2002
[19]张良仪，朱勇编著，工业锅炉微机控制，上海交通大学出版社，1991．8
[20]郭晨，智能控制器与锅炉专家控制系统的研究，大连海运学院，博士论文
[21]薛定宇编著，控制系统计算机辅助设计-Matalab语言及应用，清华大学出版
社，1996．12
[22]Francesco balena编著，Visual Basic 6编程技术大全，翔实翻译组译，机械工业出版社，2000．1
[23]J．M．史密斯 编著，数学模型与数字仿真，王永初等译，原子能出版社，1982．10
[24]Pedrycz W. et. ed编著, Fuzzy Control and Fuzzy System, 1989
[25]王伟编著，人工神经网络原理—入门与应用，北京航空航空大学出版社，1995
[26]郭晨编著，智能控制原理及应用，大连海事大学出版社，1998
[27]韦巍编著，智能控制技术，浙江大学，机械工业出版社，1999
[28]易继锴 侯媛彬编著，智能控制技术，北京工业大学出版社，1999
[29]范影乐 杨胜天 李轶编著，Matlab仿真应用详解，人民邮电出版社，2001
[30]袁曾任编著，人工神经元网络及其应用，清华大学出版社，1999．10
[31]杨滨，邓洪敏，基于神经网络的模糊控制，四川大学学报，1996．4
[32]叶少真，基于神经网络的模糊系统的研究，福州大学学报，2000．6
[33]刘祖润 曾哲朝等，人工神经网络快速学习算法，计算机仿真，2000．1
[34]元海伟 杨庆芬等，基于Matlab模糊逻辑工具箱的模糊系统仿真，自动化与仪表，2000年第2期
[35]张恩勤 施颂椒，模糊控制系统今年来的研究与发展，控制理论与应用，2001．2
[36]刘永江，神经网络理论与前沿问题，信息与控制，1999．2
[37]王耀南，神经网络自适应模糊控制器在温度控制中的应用，信息与控制，1996．3
[38]曾庆宁 周得新，ANFIS在自适应噪声抵消中的应用，1999年中国智能自动化学术会议论文集(下)，1999，中国重庆
[39]Levent Yilmaz, Verification and Validation Guidelines for Object Orient SimulationModels[A], Proceeding of 1998 Summer Computer Simulation[C]
[40]王永骥 涂健编著，神经元网络元网络控制，机械工业出版社，1999．7
[41]刘怀国 孙建华等，ANFIS及其在控制系统中的应用，华东船舶工业学院学报，2001．10 第15卷 第5期
[42]黎洪生 卓祯雨，ANFIS神经模糊推理机在故障诊断中的应用，控制工程，
2003．3 第10卷 第2期
[43]赵英凯 李胜 林锦国 蔡宁，基于ANFIS的锅炉蒸汽温度预测控制系统，基础自动化，2002．2 第9卷 第1期
[44]陈新华，MATLAB软件在锅炉水位模糊控制系统中的应用，煤矿自动化，2000年 第6期
[45]叶伟强 白德富，船舶锅炉水位模糊控制仿真，大连海事大学学报，2000．8 第26卷 第3期
[46]白苓 刘思训 王荣琴 王修鲁，工业锅炉水位的自动控制系统，天津轻工业学院学报，1996年第2期
[47]乔建忠 王虎强，微机控制技术在锅炉上的应用，中国矿业，1998．6 总第16期
[48]夏国清 付明玉 边信黔 林孝工，自学习模糊控制器在锅炉水位控制中的应用，船舶工程，1995年 第6期
[49]于浩洋 景方 宋清昆 陈树生，锅炉控制在燃煤锅炉燃烧系统中的应用研究，哈尔滨理工大学学报，2003．2 第8卷 第1期
[50]聂爱丽 赵艳春 候君 张志军，计算机监控系统在工业锅炉中的应用，安阳师专学报，1999
[51]张权 刘志斌 马铁伦，计算机控制在工业锅炉上的应用，油田地面工程，1994．8 第13卷 第4期
[52]宁寿辉，船舶减摇鳍系统的智能控制算法研究，大连海事大学硕士学位论文，2002．3
[53]屈诚志，模糊神经网络在交流电动机矢量控制系统中的应用研究，大连海事大学硕士学位论文，2002．3
[54]王志凯 郭宗仁 李琰，基于神经网络的模糊控制在变电站综合控制中的应用，继电器，2002．3 第30卷 第3期
[55]于霞 宋凌锋 陈学允，多变量模糊控制系统的设计及仿真，大庆石油学院学报，2001．3 第25卷 第1期
[2]李士勇编著，模糊控制神经控制和智能控制论，哈尔滨工业大学出版社，1998．9
[3]张化光 何希勤编著，模糊自适应控制理论及其应用，北京航空航天大学出版社，2002．7
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[45]叶伟强 白德富，船舶锅炉水位模糊控制仿真，大连海事大学学报，2000．8 第26卷 第3期
[46]白苓 刘思训 王荣琴 王修鲁，工业锅炉水位的自动控制系统，天津轻工业学院学报，1996年第2期
[47]乔建忠 王虎强，微机控制技术在锅炉上的应用，中国矿业，1998．6 总第16期
[48]夏国清 付明玉 边信黔 林孝工，自学习模糊控制器在锅炉水位控制中的应用，船舶工程，1995年 第6期
[49]于浩洋 景方 宋清昆 陈树生，锅炉控制在燃煤锅炉燃烧系统中的应用研究，哈尔滨理工大学学报，2003．2 第8卷 第1期
[50]聂爱丽 赵艳春 候君 张志军，计算机监控系统在工业锅炉中的应用，安阳师专学报，1999
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[52]宁寿辉，船舶减摇鳍系统的智能控制算法研究，大连海事大学硕士学位论文，2002．3
[53]屈诚志，模糊神经网络在交流电动机矢量控制系统中的应用研究，大连海事大学硕士学位论文，2002．3
[54]王志凯 郭宗仁 李琰，基于神经网络的模糊控制在变电站综合控制中的应用，继电器，2002．3 第30卷 第3期
[55]于霞 宋凌锋 陈学允，多变量模糊控制系统的设计及仿真，大庆石油学院学报，2001．3 第25卷 第1期