内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
变。仿真波形如图4.16所示。
图4.16 焦炉立火道温度控制系统仿真波形比较
通过单回路控制系统、串级比值控制系统、单交叉限幅控制系统方针结果比较，单边限幅控制系统仿真波形中的超调量最小，过渡时间最小，系统稳定后无余差。但是单边限幅只限制了升负荷时空气系数的下限，没有限制降负荷是空气系数的上限，针对这一缺点提出了双边限幅控制系统。 4.4.5双交叉限幅控制系统仿真分析
图 4.17双交叉限幅控制系统仿真原理图
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图4.17是在用双边限幅的串级比值来实现的，是在单边限幅的基础上又增加了两个高低选择器。此控制器的PID参数为Kp0=1.85，Ki0=1.8，Kd0=0.85；Kp1=844，Ki1=240，Kd1=0；Kp2=400，Ki2=360,Kd2=0；r=0.25。
图4.18双交叉限幅控制系统仿真结果
图4.18是加入了双边限幅后，由仿真结果可以看出，经过25min系统达到稳态，系统最大偏差为120，系统稳定后无余差。当温度降量时，从图中可知，空气过剩系数位于最佳燃烧区，因此，加入了双边限幅可以防止空气过量带来的一系列的问题。当温度提量时，和单边限幅一样，能防止空气不足带来的一系列问题。
当a1= 0.03 ，a2= 0.04 ，a3=0.08，a4=0.06时，阶跃响应结果如图4.15所示。
图4.19双交叉限幅控制系统仿真结果
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当a1= 0.03 ，a2= 0.04 ，a3=0.08，a4=0.08时，阶跃响应结果如图4.16所示。
图4.20双交叉限幅控制系统仿真结果
由仿真结果可以看出，经过27min系统达到稳态，系统的最大偏差为140℃，最大超调量δ%=8.33%，系统稳定后无余差。串级比值控制系统不能克服空气不足和空气过剩；因此，对单交叉限幅比值控制系统基础上进行了改进，加入了双边限幅控制，能克服空气不足和空气过剩的问题；最后提出了在双交叉限幅的控制系统，不但能克服空气不足，而且还能克服空气过剩。从方案比较中可以知道，双交叉限幅控制温度可以达到比较好的控制效果。
4.5小结
在焦炉立火道燃烧串级控制系统中，温度的控制是很容易实现的，但既要及时而有效的控制温度，又要将空气过剩系数控制在最佳燃烧区，就没那么容易了。对于整个焦炉立火道温度控制系统采用串级控制是没有异议的，而在其中的燃烧控制部分就提出了多种方法：最先想到的是串级简单比值控制系统，最后通过仿真得出，串级简单比值控制系统不能克服提量时，空气不足，降量时，空气过剩；因此，在串级简单比值控制系统基础上改进，加入了单边限幅控制，能克服提量时，空气不足，但不能克服降量时，空气过剩；最后提出了在燃烧控制中基于双边限幅的焦炉立火道燃烧串级控制系统，不但能克服提量时，空气不足，而且还能克服降量时，空气过剩。
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通过分析和试验结果表明，无论单交叉还是双交叉燃烧控制系统，这两个控制系统都是用调节时间来换取煤气和空气流量之间相互作用，并限制剩余空气系数μ的上限值，从而避免能源浪费的现象。单交叉限幅控制系统的响应速度较慢，而双交叉限幅控制系统的响应速度更慢。
研究结果表明，双交叉限幅控制系统中的四个偏置+ a1 (%)、- a2 (%)、- a3 (%)、+ a4 (%)的取值与系统对负荷响应速度和节能效果有关。从节约能源的观点看，希望四个偏置的取值相对小时，但这样一来会使系统对负荷响应速度变慢。此外，由于煤气空气流量的随机波动是不可避免的，为了防止由此而引起的高值、低值选择器不必要的频繁切换给系统带来的不必要干扰。一般要根据实际生产情况和控制要求在系统调试中确定四个偏置值。
综合考虑节能效果和系统对负荷响应的速度这两方面的影响，并通过大量试验证明，建议选择a1= a2 =2%～5%，a3= a4 =8%。
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第五章 模糊控制系统原理及模糊控制系统仿真分析
5.1常规模糊控制器的基本结构
模糊控制器，也称为模糊逻辑控制器[15]，焦炉立火道温度模糊控制系统中模糊控制器由以下四部分组成：模糊化接口、模糊推理机、解模糊、知识库。模糊量化作为控制器性能的主要影响关键因素。
焦炉立火道温度模糊控制系统原理框图如图5.1所示。
输入通道模糊控制器输出通道执行机构对象传感器知识库数据库规则库模糊量化因子模糊推理决策判决比例因子（解模糊） 图5.1 模糊控制系统原理框图
焦炉立火道温度模糊控制系统由模糊化接口、模糊判断接口、推理机、知识库四部分组成。
5.2量化因子对模糊控制器的影响
在焦炉立火道温度模糊控制系统的模糊控制器中，主要影响模糊控制系统的性能的好与坏除了控制规则的确定外，还得合理选择模糊控制器输入变量的量化因子输入波形和输出变量的比化因子输出波形，也是影响模糊控制的重中之重[17]。
输入量的量化因子： Ke = E /e； Kec =EC /ec (5.1) 输出量的比例因子： Ku =U /u (5.2) 以上式中：e，ec，u 分别为模拟量的误差、模拟量误差变化以及控制模拟输出量的基本论域：E ，EC ，U 分别作为误差、误差变化率，模糊控制输出量的模糊论域。
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