关于负反馈课件的毕业论文

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锅炉温度控制策略的应用研究 摘要:针对锅炉汽温控制的特点,设计了过热汽温串级模糊控制系统,介绍了系统的构成、原理 及该系统的优越性,并利用MATLAB仿真软件进行了仿真分析。 关键词:汽温;串级模糊控制;系统仿真 0 引言 过热蒸汽温度是衡量锅炉能否正常运行的重要 指标。假如过热蒸汽温度过高,若超过了设备部件 (如过热器管、蒸气管道、阀门、汽轮机的喷嘴、叶片 等)的允许工作温度,将使钢材加速蠕变,从而降低 使用寿命。严重的超温甚至会使管子过热而爆破。 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,会引起热耗上升,引起汽轮 机末级蒸汽湿度增加,从而降低汽轮机的内效率,加 剧对叶片的侵蚀。因此在锅炉运行中,必须保持过 热汽温稳定在规定值附近。通常允许变化范围为额 定值±5℃。目前对锅炉过热汽温调节大都采用导 前汽温的微分作为补充信号的系统。其系统原理如 图1所示。 系统针对过热汽温调节对象调节通道惯性延迟 大、被调量反馈慢的特点,从对象调节通道找出一个 比被调量反应快的中间信号θ1作为调节器的补充 信号,以改善对象调节通道的动态特性。动态时调 节器根据θ1的微分和θ2这两个信号而动作。但在 静态时(调节过程结束后)θ1不再变化,则dθ1/dt= 0,这时过热器汽温必然恢复到给定值。实际使用 中,中间信号θ1的引入在一定程度上确实改善了控 制系统的动态特性,但是,影响蒸汽温度的因素很 多,除减温水流量的扰动外,负荷的变化,工况的不 稳定,过剩空气系数等都会导致蒸汽θ2温度发生波 动。这些波动是无法预知的,无法用精确的数学模 型来描述。由于模糊控制不依赖被控对象的精确数 学模型,它主要是根据人的思维方式,总结人的操作 经验,完成控制作用,特别适合于大滞后、时变、非线 性场合,因此该文提出一种锅炉过热气温的串级模 糊控制系统。 1 控制方案的研究设计 串级调节系统是改善大惯性、纯滞后系统调节 质量的最有效方法之一,所以设计的控制方案采用 串级模糊控制,其控制系统如图2所示。 图2中F为减温水流量调节阀。P为副调节 器,采用比例调节;FC为主调节器,采用混合模糊控 制器,即一个二维模糊控制器和常规PI调节器并联 而成,除能够尽快消除副环外的扰动之外还可以校 正汽温偏差,保证汽温控制的精度。 汽温调节对象由减温器和过热器组成,减温水 流量Wj为对象调节通道的输入信号,过热器出口汽 温θ2为输出信号。为了改善调节品质,系统中采用 减温器出口处汽温θ1作为辅助调节信号(称为导前 汽温信号)。当调节机构动作(喷水量变化)后,导 前汽温信号θ1的反应显然要比被调量信号θ2早很 多。由于从调节对象中引出了θ1信号,对象调节通 道的动态特性可以看成由两部分构成:①以减温水 流量Wj作为输入信号,减温器出口处温度θ1作为 输出信号的通道,这部分调节通道称为导前区,传递 函数为G01(s);②以减温器出口处汽温θ1作为输入 信号,过热器出口汽温θ2为输出信号的通道,这部 分调节通道称为惰性区,传递函数为G02(s),显然 导前区G01(s)的延迟和惯性要比惰性区G02(s)小 很多。系统结构如图3所示。 图3中有两个闭合的调节回路:①由对象调节 通道的惰性区G02(s)、副控制器Gc2(s)、副检测变送 器Gm2(s)组成的副调节回路;②由对象调节的导前 区G01(s)、主控制器(PI+混合模糊控制器)、主检 测变送器Gm1(s)以及副调节回路组成的主回路。 引入θ1负反馈而构成的副回路起到了稳定θ1的作 用,从而使过热汽温保持基本不变,因此可以认为副 回路起着粗调过热汽温θ2的作用。而过热汽温的 给定值,主要由主控制器(PI+混合模糊控制器)来 严格保持。只要θ2不等于给定值,主控制器就会不 断改变其输出信号σ2,并通过副调节器去不断改变 减温水流量,直到θ2恢复到等于给定值为止。可 见,主调节器的输出信号σ2相当于副调节器的可变 给定值。稳态时,过热汽温等于给定值,而导前汽温 θ1则不一定等于主调节器输出值σ2。 当扰动发生在副回路内,例如当减温水流量发 生自发性波动(可能是减温水压力或蒸汽压力改 变),由于有副回路的存在,而且导前区的惯性又很 小,副调节器将能及时动作,快速消除其自发性波 动,从而使过热汽温基本不变。当扰动发生在副回 路以外,引起过热汽温偏离给定值时,串级系统首先 由主调节器(PI+混合模糊控制器)迅速改变其输 出校正信号σ2,通过副调节回路去改变减温水流 量,使过热汽温恢复到给定值。由于主调节器(PI+ 混合模糊控制器)的惯性迟延小,故反应迅速。 因此在串级模糊蒸汽温度控制系统中,副回路 的任务是尽快消除减温水流量的自发性扰动和其他 进入副回路的各种扰动,对过热汽温的稳定起粗调 作用。主调节器的任务是保持过热汽温等于给定 值。系统在主控制器的设计上将模糊控制与常规的 PI调节器相结合,使控制系统既具有模糊控制响应 快、适应性强的优点,又具有PI控制精度高的特点。 2 模糊控制器的设计 模糊控制是一种基于规则的控制,在设计中不 需要建立被控对象的精确的数学模型。 模糊控制器的结构设计 该系统以过热蒸汽的实际温度T与设定值Td 之间的误差E=Td-T和误差变化DE作为输入语 言变量,系统控制值U为输出语言变量,构成一个 二维模糊控制器。其结构如图4所示。 Ku为模糊控制器比例因子,Ke,Kec为量化因子。 Ke:在输入量化等级确定之后,算法中改变误差 输入论域大小即改变了Ke的值,Ke增大,相当于缩 小误差的基本论域,起增大误差变量的控制作用。 若Ke选择较大,则上升时间变短,但会使系统产生 较大超调,从而过渡过程变长;Ke很小,则系统上升 较慢,快速性差。同时它还直接影响模糊控制系统 的稳态品质。 Kec:Kec选择较大时,超调量减小,但系统的响应 速度变慢,Kec对超调的抑制作用十分明显。但在 Ke,Kec和Ku中,系统对Kec的变化最不敏感,一般Kec 可调整范围较宽,其鲁棒性较好,给实际调试带来很 大方便。 Ku:比例因子Ku实质上是模糊控制器总的增益, 它的大小对系统输出的影响较大。Ku增大,系统超 调量随之增大,动态过程加快;反之,Ku减小,系统超 调量减小,动态过程变慢;Ku选择过大将会导致系统 震荡。由于Ku的敏感性,故可调范围较小。 模糊控制器可调参数Ke,Kec和Ku对系统性能 的影响各不相同,改变这3个参数可使控制器适用 于不同系统的性能要求。 模糊概念的确定及模糊化过程 对输入变量E进行模糊化,选择语言集为{负 大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小 (PS),正中(PM),正大(PB)},模糊论域选择如下 [-n,-n-1,…,-1,0,1,…, n-1, n],E的实际 变化范围为[-x,x],则量化因子为Ke=n /x。对偏 差变化率DE进行模糊化,选择合适的模糊论域和 偏差变化率范围,同理可以计算出相应的模糊量化 因子Kec,在这里为了方便起见,选择偏差e、偏差变 化率DE具有相同模糊论域。 对于输出量U,调节范围为[-R,R],语言集为 {负大(NB),负中(NM),负小(NS),零(ZE),正小 (PS),正中(PM),正大(PB)},模糊论域选择为[- m,-m-1,…,-1,0,1,…,m-1,m ],输出比例 因子为Ku=R /m。 在设计过程中,选取各变量的模糊论域,E= {-3,-2,-1,0,1,2,3};DE={-3,-2,-1,0,1, 2,3};U={-3,-2,-1,0,1,2,3},输入量E,DE 及输出量U模糊集的隶属函数选择为三角形,如图 5所示。 模糊规则的确定 模糊决策一般都采用“选择从属度大”的规则, 在过热蒸汽温度调节过程中,当系统的偏差较大时, 系统的快速性为主要矛盾,系统的稳定性控制精度 却是次要的,这时应使系统快速减小偏差;而当系统 偏差较小时,则要求以保证系统的稳定性及控制精 度为主。因而模糊控制规律应遵循:过热汽温上升 速度快,汽温偏高,则汽温的控制量应向下浮动;过 热汽温下降速度快,汽温偏低,则汽温的控制量应向 上浮动。因此采用的模糊控制器的模糊控制规则具 有以下的形式: if {E=AiandDE=Bi}thenU=Ci, i=1, 2,...,n 其中Ai, Bi以及Ci分别为E, EC、和U的模糊子 集。控制规则的多少可视输入输出物理量数目及所 需的控制精度而定。由于模糊控制器采用两个输入 E, EC,每个输入分为7级共有49条规则。 按模糊数学推理法则选则表1所示控制规则。 逆模糊化过程 文中采用的模糊推理方式是常用的Mamdani 的Min-Max-COA法,即前项取小,多规则取大合 成结论,然后取重心得出非模糊化结论的算法。在 上述规则中,Ai,Bi, Ci分别为论域E,DE,U的模糊 子集,根据上述规则可推出模糊关系Ri=ExDE,这 里采用的最小运算规则,在按最大—最小合成(max -min composition)推理算法求得控制器输出的模糊 子集为U=(ExDE)·Ri,其中“·”为合成运算,非 模糊化后的结论即为输出U的修正值。逆模糊化 方法采用重心平均法(centroid of area)。 3 系统仿真 为了说明串级模糊控制系统在锅炉过热蒸汽温 度的控制上有更好的调节效果,分别搭建具有导前 微分信号控制系统和串级模糊控制系统的仿真框 图。在保持相同输入信号条件下设置两系统被控对 象为相同的参数,以利于比较。 考虑到在实际应用中,各种随机扰动的影响及 过程的复杂性,被控对象有着大惯性、纯滞后的特 性,设系统的主副被控对象的数学模型分别为: 两系统仿真方框图搭建分别如图6、图7所示; 过热汽温响应曲线分别如图8、图9所示。 从仿真曲线可以很清楚的看到:串级模糊控制 系统应用在锅炉过热蒸汽温度控制上能够获得比具 有导前微分信号控制系统更好的调节效果。具有导 前微分信号的控制系统仿真曲线有振荡,有超调,动 态过渡时间长,误差大。而串级模糊控制系统仿真 曲线基本无振荡,无超调,动态过渡时间短,误差小, 有较好的控制品质。 根据现场锅炉运行情况,为了能 更好地说明问题,在保持两个系统中 各调节器、控制器参数不变的情况下, 同时改变两个系统的被控对象的参 数。 W02=e-5s12s+1 观察仿真曲线,如图10、图11所 示。 由于被控对象在电厂中各种设备复杂的运行环 境下,一直处于波动状态,改变主被控对象参数后而 其他参数保持不变时,具有导前微分信号的控制系

企业负债融资的财务风险主要表现在以下方面：1．负债压力的增加。如果企业采用负债融资的方式来支付并购成本，其可能的风险有三，①高昂的利息支出；②债务契约限制给企业带来的机会损失；③未来还款的压力。负债成本的增加，其后果是将导致企业资产负债率不断扩大，它会大大增加企业出现财务危机或破产的可能性。2．控制股权的稀释。如果企业采用股票融资的方式来支付并购成本，其可能的风险是将导致企业原发性股东的股权稀释，其后果是这些股东（包括企业本身）将部分或全部失去剩余收益的控制权或索取权。3．业绩水平的波动。业绩水平的波动既指企业税息前利润（EBIT）水平的变化，也包括每股收益（EPS）的激烈波动。在负债融资下，EBIT的变化会引起EPS的更大程度的波动，从而增加企业出现财务危机或破产的可能性。业绩波动是一个极其不好的讯号，可能会给企业带来各种机会损失（如信誉损失）。4．投资机会的丧失。企业负债融资不仅可能给企业增加巨额的债务，而且可能会消耗企业大量的自有资本。在这种情形下，企业即使面临良好的投资机会，也只能望而却步。投资机会的失去，其后果是可能会降低企业获取收益的能力，进而增加企业的财务风险。5．现金存量的短缺。企业在负债融资时可能会大量消耗企业的货币资金，即使企业净资产很丰厚，但也可能会由于现金存量的不足引发各种问题，从而增加企业出现财务危机的可能性。二、企业负债融资的财务风险的识别方法为了更好地防范负债融资的财务风险，其核心前提在于先预先识别各种财务风险，其常用方法主要包括以下几种：1．杠杆法。杠杆分析法是狭义的财务风险的衡量方法。主要通过计算杠杆系数来初步识别财务风险水平的高低，其指标包括财务杠杆系数和资产负债率。DFL=EBIT/（EBIT-I）=△EPS/△EBIT其中：I为利息支出；DFL指财务杠杆系数，它反映企业的税息前利润（EBIT）的变化所引起的每股收益（EPS）的更大波动程度。DFL越大，说明企业的财务风险越高。RLA（资产负债率）是衡量企业财务风险健康状况的核心指标。RLA越高，说明企业的财务风险越高，当RLA大于50%，一般认为企业的财务风险水平较高，当RLA接近100%水平时，说明企业的财务风险到了濒临破产的水平。2．EPS法。 EPS分析法主要衡量负债融资前后购买企业每股收益的预期变化，它属于广义上财务风险的衡量方法。EPS=[（EBIT-I）（1-t）]/Q其中：EPS为企业每股收益；I为利息支出；t为加权所得税率；Q为发行在外的股票总数。当负债融资之后的EPS大于负债融资前的EPS时，说明企业负债融资决策行为是合理的，反之，则是不合理的。3．股权稀释法。股权稀释法主要比较负债融资前后原发股东股权结构的变动情况。它属于广义的并购财务风险的衡量指标。RIE=（Q0+Q1）/（Q0+Q1+Q2）RIE是股权稀释率，它反映企业原始股东所控制的具有表决权的股票数量占总的具有表决权的股票数量的比率其中：Q0为负债融资前企业的原始股东所持有的具有表决权的股票数量；Q1为负债融资时企业的原始股东所增持的新发行的具有表决权的股票数量；Q2为负债融资时企业的新股东所持有新发行的具有表决权的股票数量。当负债融资前后的RIE发生激烈变化，说明负债融资行为将给企业的原始投资者带来巨大的股权稀释的风险。如果发行新股后的RIE小于50%，说明股权稀释的财务风险较高，反之，说明股权稀释的财务风险较低。4．成本收益法。成本收益分析法指比较负债融资的成本与收益水平。它属于广义负债融资的财务风险的衡量方法。RCR=C/RRCR为企业负债融资成本收益率其中：R为负债融资的预期收益。它包括成本节约、分散风险、较早地利用生产能力、取得无形资产和实现协同效应，以及免税优惠等预期收益；C为负债融资的预期成本。它包括直接的购买支出、增加利息、发行费用及佣金和管制成本，以及各种机会损失（如留存收益消耗的机会成本和丧失好的投资机会的损失）。当RCR小于1时，说明预期收益大于预计成本，则负债融资行为是合理的，反之依然。5．现金存量法。指比较负债融资前后企业预计的现金存量水平，看现金水平是否最佳及安全。常用的方法是计算现金流动资产率和现金总资产率。现金流动资产率：RCCA=C/CA现金总资产率: RCA=C/A其中：C为企业广义现金存量，包括库存现金、银行存款和短期投资等；CA为企业的流动资产；A为企业的总资产。负债融资买后的RCCA和RCA越低，说明企业面临的现金短缺的财务风险越高，反之亦然。6．模型法。模型分析法指借助于统计学和数学的模型构建来总体判断负债融资财务风险的方法。最常见的方式是建立回归分析模型，以识别企业是否面临的过高财务风险。财务风险水平CR=a0+a1X1+a2x2+a3x3+…+anxn+E其中：a0、a1、a2、a3，…，an为系数值；X1、x2、x3，，…，xn为各种财务风险因素；E为残差模型分析法它事先可以根据历史数据来估计一个衡量财务风险的标准值（CR0）。当企业负债融资后预期CR大于CR0，则说明企业的财务风险很高，反之亦然。三、负债融资财务风险的控制对策在识别了负债融资的各种财务风险之后，企业应该采取各种有效对策来减少或消除财务危机及破产发生的可能性，其对策有三：1．接受风险。如果负债融资可能短期会给企业带来诸如资产负债率上升、企业股权稀释和投资机会丧失，以及业绩水平波动等风险，但是从长远来看，负债融资目标企业或许具有战略意义，诸如可以得到协同效应等。如果负债融资后的预期收益高于预期成本，则企业可以作出负债融资目标企业的战略决策。除此之外，企业还应建立以下风险管理制度：一是风险基金的设立。包括坏账准备和减值准备等；二是配备专门人员对财务风险进行预测、分析、报告；三是风险分析技术的运用，例如实时财务风险预警系统等。2．转移风险。转移风险指企业借助与其他企业或个人的合资、合营等方式，将部分或全部财务风险转移给他人承担的策略。企业转移风险的方式很多，可以根据不同的风险原因采用不同的风险转移政策。3．避免风险。避免风险指如果企业有多种负债融资方案可以选择，则可以放弃财务风险较高的负债融资方案。例如，当企业负债融资的预期收益远远低于并购成本，或者导致资产负债率水平剧增，以及每股收益水平严重下滑，则应放弃该负债融资方案，另行考虑其他合理方案。