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1、基于基于CMACCMAC的过热蒸汽温度控制的过热蒸汽温度控制研究研究姓名：蹇彪姓名：蹇彪学号：学号：06041432指导老师：陈明杰指导老师：陈明杰Harbin Engineering University报告的主要内容报告的主要内容一、介绍课题研究目的、意义、背景一、介绍课题研究目的、意义、背景二、介绍课题的主要研究内容二、介绍课题的主要研究内容三、本课题的研究结论三、本课题的研究结论一、课题的研究背景及意义一、课题的研究背景及意义 在船舶蒸汽动力装置中，过热蒸汽温度是锅炉运行质量的重要指标之一，过热蒸汽温度过高，可能造成过热器、蒸汽管道和汽轮机的高压部分损坏;过热蒸汽温度过低，会引起热耗上
2、升，并使汽轮机轴向推力增大而造成推力轴承过载，还会引起汽轮机末级蒸汽温度增加，从而降低蒸汽机的内效率，加剧对叶片的侵蚀，所以将过热蒸汽温度控制在给定值附近是船舶蒸汽动力装置的重要任务。二、课题主要内容二、课题主要内容1.建立船舶过热蒸汽温度控制系统的模型；2.设计常规PID控制器，并采用MATLAB实现基于传统PID控制的过热蒸汽温度控制仿真研究；3.设计CMAC与PID的复合控制器，并采用MATLAB实现基于CMAC与PID复合控制的过热蒸汽温度控制仿真研究；4.将常规PID控制效果与基于CMAC与PID的复合控制效果相对比并分析。1.1船舶过热蒸汽温度控制系统建模船舶过热蒸汽温度控制系统建
3、模 大型锅炉多采用喷水减温方法来调节过热气温，减温器的安装位置通常过热器低温段与高温段之间，过热汽温控制对象划分为两部分：过热汽温导前区和过热汽温惰性区。减温水流量扰动下汽温特性如图，可见其共同特点：存在较大迟延和惯性，由实验扰动曲线可以确定汽温对象的近似传递函数可以用多节惯性环节来描述。参考文献1 中具体数值，得到导前区和惰性区传递函数。导前区：惰性区：内回路的作用在于尽快消除扰动，主要消除来自减温水侧的内部扰动；外回路的作用在于对出口汽温进行最终校正，使其等于给定值 由于汽温对象调节通道存在迟延和惯性较大，单纯根据主汽温的偏差采用单回路调节方案来控制汽温已难以满足要求，而应引入能够提前反映
4、扰动的导前信号，构成多回路系统，目前采用最多的是串级汽温调节系统。根据串级汽温调节系统的原理图，可作出串级汽温调节系统的方框图：2导前汽温 测量装置传递函数;1主汽温 测量装置传递函数；Kz 执行机构传递函数；Ku喷水调节阀门传递函数；1.2基于传统PID控制的过热蒸汽温度控制 传统PID控制的特点 传统PID控制器根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制。给定输入为单位阶跃信号，仿真时间1000s，在600s时加入幅值为1的蒸汽流量扰动，经过适当调整PID参数，确定为P=4.5，I=0.08，D=100。从响应曲线可以看到，系统在400s时达到稳定，加入减温水流量扰动后，在9
5、00s系统恢复稳定。1.3基于CMAC与PID的复合控制CMAC介绍 CMAC-小脑模型关联控制器(Cerebellum model articulation controller),是一种表达复杂非线性函数的表格查询型自适应神经网络。其本质上是一种映射复杂非线性函数的查表技术。CMAC具有更好的非线性逼近能力，更适合于复杂动态环境下的非线性实时控制CMAC与PID复合控制的系统仿真采样时间ts=0.01s，CMAC神经网络参数N=300，C=5，PID参数Kp=4.5，Ki=0.08,Kd=100输入为幅值为1的阶跃信号，仿真时间1000s，600s时加入幅值为1的减温水流量扰动。从仿真结果
6、曲线可以看出，系统调节时间ts=350s，800s时重新达到稳定。常规常规PIDPID控制效果与基于控制效果与基于CMACCMAC与与PIDPID的复合控的复合控制效果对比并分析制效果对比并分析通过仿真结果可以看出，对于过热蒸汽温度串级调节系统，采用常规PID控制器结构简单，容易实现，通过试凑法整定适当PID参数后，系统稳定且超调量满足要求，只是调节时间较长，响应速度较慢。控制系统在减温水扰动输入下能够恢复稳定。采用CMAC与PID的复合控制，CMAC通过学习后起主导控制作用。(1)动静态性能方面：CMAC与PID复合控制算法有更快的响应速度、更小的超调量和更好的跟踪性能，基本上实现了系统的误
7、差控制。而常规PID算法的控制存在响应速度慢、调节时间长和超调量较大等缺点。(2)抗干扰性方面：CMAC与PID复合控制算法体现出很大的优越性。有扰动发生时，CMAC与PID复合控制算法能很快抑制扰动，波动较小而且调节时间相对较短；常规PID控制算法会发生较大波动和振荡，而且调节时间比CMAC与PID复合控制算法长。三、研究结论三、研究结论（1）引入能够提前反映扰动的导前信号，构成多回路系统，采用串级汽温调节方案，建立了船舶过热蒸汽温度串级调节系统。（2）设计了基于常规PID控制的过热蒸汽温度控制系统，通过仿真结果，可以看到常规PID控制器作为应用最广泛的控制器，具有结构简单，容易实现的优点，
8、但是在船舶过热蒸汽温度控制系统的被控对象惯性和延迟较大，具有非线性、时变等特点下，存在响应速度慢，调节时间慢，抗干扰能力差的缺点，难以取得较好控制效果。（3）采用基于CMAC与PID的复合控制策略，对CMAC神经网络与常规PID复合控制在过热蒸汽温度控制中的应用进行了研究。通过SIMULINK仿真结果，可以发现CMAC与PID的复合控制具有更快的控制响应速度，更好的跟踪性能，具有更强的非线性逼近能力。在加入干扰的情况下，由于CMAC的加入，CMAC与PID复合控制算法能很快抑制扰动，波动较小而且调节时间相对较短。(4)PID参数的整定方面：常规PID算法主要是靠经验或者凑试法进行设定。CMAC与PID复合控制算法是由CMAC控制器输出与PID控制器共同作用的，具有了自适应性能。在这方面后者优于前者。