燃气锅炉燃烧控制器优化算法研究与设计

发布时间：2017-07-15 12:22

  本文关键词：燃气锅炉燃烧控制器优化算法研究与设计

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【摘要】：热水锅炉广泛应用于日常生产和生活中,随着我国燃煤锅炉向燃气锅炉改造计划的推广,使得燃气热水锅炉应用在各个领域。作为锅炉运行最重要的一个环节,燃气锅炉自动控制系统对锅炉控制有着特别重要的意义。本文针对燃气热水锅炉进行数学建模、控制算法进行比较分析和控制器的设计,通过SIMULINK软件平台仿真控制算法,利用Altium Disinter09软件绘制出燃烧控制器的原理图并进行元器件焊接,实现燃气锅炉自动控制的设计。首先,本文分析了燃气热水锅炉的燃烧控制系统,通过研究燃烧过程机理进行,确定以最小二乘法建立燃气锅炉的数学模型。之后,比较几种控制方案,分析这几种控制方案的优缺点。由于燃气锅炉具有滞后性、关联性等特点,采用Vague集模糊PID控制算法。此算法利用自动在线调整来改变PID控制器的参数,使PID控制器可以不依赖于控制对象模型,从而随着控制对象的实时变化而进行适当的调整。文中对Vague集模糊PID控制器的设计过程进行了详细的阐述,Vague集模糊控制器的各项参数可以通过计算来给出、至于模糊控制规则和推理过程应在后文进行阐述。利用MATLAB仿真软件中的SIMULINK工具建立Vague集模糊PID控制器的仿真模型并进行仿真分析。从仿真结果可以看出,本文所设计控制器具有启动加热速度快、抗干扰性能好等特点,通过与常规PID和FUZZY模糊PID控制系统比较来看,其控制效果明显好于前两者。其次,本文设计了燃气热水锅炉燃烧控制系统以及具体实现方法。通过主要器件选型,控制系统核心采用STM32微控制器,介绍各个控制部分的具体电路设计。数字信号采集电路设计、模拟信号采集电路设计、数字量输出控制电路设计、模拟量输出控制电路设计、LCD显示屏电路设计、键盘连路设计和报警电路设计。最后,本文针对燃气锅炉控制的特点引入UCOSII实时操作系统来提高系统运行的可靠性和安全性。同时还介绍了系统的软件设计,控制主程序的流程和Vague集模糊PID控制算法具体点的实现方法流程已在后文中体现。
【关键词】：燃气锅炉 锅炉建模 Vague集PID SIMULINK仿真 STM32
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TK229.8
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 燃气锅炉国内外发展现状11-12
• 1.3 锅炉控制系统发展概述12-13
• 1.4 本文主要研究内容13-14
• 第二章 燃气锅炉工艺和控制分析14-19
• 2.1 燃气热水锅炉燃烧机理14-16
• 2.2 锅炉控制系统分析16-17
• 2.3 燃气锅炉控制主要任务17-18
• 2.4 本章小结18-19
• 第三章 燃气锅炉建模及模糊控制系统设计19-35
• 3.1 燃气锅炉建模19-25
• 3.1.1 系统辨识原理19-20
• 3.1.2 系统辨识步骤20-22
• 3.1.3 系统辨识过程22-24
• 3.1.4 系统辨识结果24-25
• 3.2 锅炉系统控制算法25-30
• 3.2.1 常规PID原理25-27
• 3.2.2 模糊控制理论27
• 3.2.3 Vague集27
• 3.2.4 Vague集相似度量的推理方法27-28
• 3.2.5 区间值模糊控制器28-30
• 3.3 锅炉系统控制算法仿真比较分析30-34
• 3.3.1 系统仿真工具介绍30
• 3.3.2 SIMULINK构造Vague集PID仿真模型30-32
• 3.3.3 控制算法比较分析32-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 基于STM32 燃烧控制器的应用设计35-46
• 4.1 控制方案选择35
• 4.2 控制系统硬件设计35-45
• 4.2.1 主控芯片36-38
• 4.2.2 电源模块设计38-40
• 4.2.3 实时时钟模块40
• 4.2.4 存储电路设计40
• 4.2.5 RS-232 电路设计40-41
• 4.2.6 人机接口模块41
• 4.2.7 输入调理电路设计41-43
• 4.2.8 输出驱动电路设计43-44
• 4.2.9 系统硬件布局图及焊接图44-45
• 4.3 本章小结45-46
• 第五章 燃烧控制器软件设计46-57
• 5.1 嵌入式实时操作系统uC/OS-II46-50
• 5.1.1 uC/OS-II的主要特点46-47
• 5.1.2 uC/OS-II的嵌入式系统层次47-48
• 5.1.3 uC/OS-II的代码结构48-49
• 5.1.4 μC/OS-II的内核49-50
• 5.2 uC/OS-II任务管理50-52
• 5.2.1 uC/OS-II的任务创建50-51
• 5.2.2 uC/OS-II的任务划分51
• 5.2.3 uC/OS-II任务优先级分配51-52
• 5.3 系统程序设计52-55
• 5.3.1 主函数任务模块52-53
• 5.3.2 点火系统模块53-54
• 5.3.3 燃料控制模块54
• 5.3.4 系统任务调度流程图54-55
• 5.4 uC/OS-II的移植55-56
• 5.4.1 基本的配置和定义55
• 5.4.2 与移植有关的主要C函数55-56
• 5.5 系统调试56
• 5.6 本章小结56-57
• 第六章 总结与展望57-58
• 6.1 全文总结57
• 6.2 后期展望57-58
• 参考文献58-61
• 发表论文和科研情况说明61-62
• 致谢62-63

【参考文献】

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本文编号：543853