對於焚化爐之運轉操作而言，其最大之困難在於垃圾性質的不穩定與不確定性；複雜的垃圾成分使得傳統控制方式不易獲得穩定之燃燒條件與蒸汽流量，因此須尋求新的控制方法以適應焚化爐之燃燒特性。基於相關文獻研究顯示[2]，採用模糊控制理論之焚化爐燃燒控制能提供良好之燃燒條件與穩定之蒸汽流量，並有效減少人員介入操作之頻率。 有別於規則式之模糊理論，直接作用式模糊比例-積分-微分控制理論（Direct Action type Fuzzy PID），乃透過單一輸入變數與三段式模糊推理系統，並結合傳統PID控制器所組成，使得直接作用式模糊PID控制器具有簡單之結構以及非線性輸出之特性。 本研究之對象為逆輒式焚化爐，其模型之建立係以垃圾熱值與蒸汽量之統計值，配合爐體實際結構推導出進料器變速度模型；系統之建立與模擬均在MATLAB環境下進行，控制器之調校則採用基因演算法作為最佳化之方法；最後，將受控模型與控制器結合並模擬，以驗證直接作用式模糊PID控制器運用在焚化爐燃燒控制上，具有良好之性能與高度之可行性。

For the operation of refuse incineration plant, the major difficulties with trash are the unstable nature and the uncertainty. The complexity of trash ingredient causes the traditional control method fail to obtain a stable combustion condition and steam flow rate. It is necessary to seek a new control method to adapt to the volatile combustion features of refuse incinerator. Based on correlation literature research [2], the fuzzy control theory is proposed to provide a good combustion condition to stabilize the steam flow rate for the combustion control of refuse furnace, and effectively reduce the rate of personnel involvement. Different from the rule based fuzzy theory, the Direct Action type Fuzzy Proportion-Integral-Differential control theory (Direct Action type Fuzzy PID) is designed to combine a single input variable and three-rule fuzzy inference system. With a traditional PID controller, the DA type Fuzzy PID controller will have a simple structure as well as the nonlinear output property.
Object of control is a reverse-acting grate type incinerator. Establishment of the model is done with estimates of the value of LHV and steam flow rate, coordinating the actual structure of furnace to infer the speed variable feeder model. Establishment and simulation of the control system works under the MATLAB environment. Parameter-tuning of the controller uses the Genetic Algorithm (GA) for optimization. By joining the furnace model and the controller for simulation, it proves that the Direct Action type Fuzzy PID controller has good performance and is feasible to the combustion control for refuse incineration plant.

目 錄
中文摘要……………………………………………………………Ⅰ
英文摘要 …………………………………………………………Ⅱ
圖目錄 ……………………………………………………………Ⅶ
表目錄 ……………………………………………………………Ⅸ
第一章 序論
1.1 前言 ………………………………………………………1

1.2 文獻回顧 ……………………………………………………2

1.2.1 模糊邏輯（Fuzzy Logical）概述 ………………………2

1.2.2 模糊邏輯之焚化爐燃燒控制 ……………………………10

1.3 目的與方法 …………………………………………………13

1.3.1 研究之目的 ………………………………………………13

1.3.2 研究之方法 ………………………………………………14

1.4 論文架構 ……………………………………………………14

第二章 垃圾焚化系統

2.1 系統簡介 ……………………………………………………15

2.2 系統流程 ……………………………………………………18

2.3 影響焚化爐操作之參數 ……………………………………21

2.4 本章結論 ……………………………………………………24

第三章 燃燒控制

3.1 燃燒 ………………………………………………………25

3.1.1 都市固體廢棄物 …………………………………………25

3.1.2 焚化基本原理 ……………………………………………28

3.2 爐床系統 ……………………………………………………29

3.2.1 系統特性 …………………………………………………29

3.2.2 系統架構 …………………………………………………31

3.3 控制邏輯 ……………………………………………………31

3.3.1 燃燒控制基本概念 ………………………………………31

3.3.2 現行控制系統組成 ………………………………………32

3.3.3 手動操作 …………………………………………………34

3.4 質能平衡計算 ………………………………………………36

3.4.1 質量平衡 …………………………………………………36

3.4.2 能量平衡 …………………………………………………37

3.4.3 垃圾推入量之估算 ………………………………………38

3.5 受控模型 ……………………………………………………40

3.5.1 定速度模型 ………………………………………………40

3.5.2 變速度模型 ………………………………………………40

3.5.3 受控模型建立 ……………………………………………41

3.6 本章結論 ……………………………………………………43

第四章 Fuzzy PID控制器

4.1 前言 …………………………………………………………44

4.2 DA Type Fuzzy PID Controller …………………………45

4.2.1 Fuzzy PID 之架構 ………………………………………45

4.2.2 單輸入變數Fuzzy PID……………………………………50

4.2.3 輸出特性曲線之選取 ……………………………………57

4.3 模糊輸出特性 ………………………………………………59

4.3.1 輸出特性 …………………………………………………59

4.3.2 模糊PID與傳統PID控制器之比較 ……………………60

4.4 本章結論 ……………………………………………………60

第五章 模擬與測試

5.1 控制參數之調校 ……………………………………………61

5.1.1 調校參數 …………………………………………………61

5.1.2 基因演算法 ………………………………………………62

5.1.3 適應函數 …………………………………………………65

5.2 系統連結與測試 ……………………………………………66

5.2.1 控制器測試 ………………………………………………66

5.2.2 系統測試 …………………………………………………70

5.3 本章結論 ……………………………………………………72

第六章 結論與未來研究方向

6.1 結論 …………………………………………………………74

6.1.1 關於受控體 ………………………………………………74

6.1.2 關於控制器部分 ………………………………………75

6.1.3 關於參數調校 ……………………………………………75

6.2 文來研究方向 ………………………………………………76

6.2.1 受控體 …………………………………………………76

6.2.2 控制器 …………………………………………………76

6.2.3 參數調校 …………………………………………………77

參考文獻 …………………………………………………………78

圖目錄

圖1-1 周圍溫度的語言定義 …………………………………………4

圖1-2 模糊邏輯之規則運算 …………………………………………6

圖1-3 模糊控制器結構一 ……………………………………………8

圖1-4 模糊控制器結構二 ……………………………………………9

圖1-5 模糊控制器結構三 ……………………………………………9

圖1-6 模糊控制器結構四 ……………………………………………9

圖2-1 系統方塊圖 …………………………………………………16

圖2-2 系統簡圖 ……………………………………………………17

圖2-3 焚化爐爐體示意圖 …………………………………………22

圖3-1 逆輒式爐床結構示意圖 ……………………………………30

圖3-2 爐條運動示意圖 ……………………………………………30

圖3-3 進料器與爐床之作動與蒸汽流量之關係 …………………33

圖3-4 系統熱平衡圖 ………………………………………………36

圖3-5 進料器結構 …………………………………………………39

圖3-6 進料器模型 …………………………………………………42

圖3-7 進料器模擬測試 ……………………………………………43

圖4-1 Fuzzy PID 控制器與製程之典型結構 ……………………45

圖4-2 單輸入變數結構 ……………………………………………45

圖4-3 雙輸入變數結構 ……………………………………………45

圖4-4 三輸入變數結構 ……………………………………………46

圖4-5 單輸入變數單規則庫 Fuzzy PID …………………………48

圖4-6 單輸入變數三規則庫 Fuzzy PID …………………………49

圖4-7 雙輸入變數耦合規則庫 Fuzzy PID ………………………49

圖4-8 雙輸入變數解耦合規則庫 Fuzzy PID ……………………49

圖4-9 三輸入變數偶合規則庫 Fuzzy PID ………………………50

圖4-10 三輸入變數解偶合規則庫 Fuzzy PID ……………………50

圖4-11 加入取樣時間之單輸入變數單規則庫Fuzzy PID結構 …50

圖4-12 三角歸屬函數 ………………………………………………51

圖4-13 分段區間 ……………………………………………………52

圖4-14 模糊推理 ……………………………………………………54

圖4-15 x1,x2之範圍…………………………………………………55

圖4-16 非重疊之輸出函數圖 ………………………………………55

圖4-17 重疊之輸出函數圖 …………………………………………56

圖4-18 輸出曲線輪廓 ………………………………………………57

圖4-19 (Xed,ed)移動之範圍 ………………………………………58

圖5-1 控制方塊圖 …………………………………………………61

圖5-2 步階響應 ……………………………………………………62

圖5-3 基因演算法流程圖 …………………………………………63

圖5-4 一階模型之步階響應 ………………………………………67

圖5-5 二階模型之步階響應 ………………………………………68

圖5-6 非線性模型之步階響應 ……………………………………69

圖5-7 系統模擬模組 ………………………………………………70

圖5-8 系統響應一 …………………………………………………71

圖5-9 系統響應二 …………………………………………………71

圖5-10 系統響應三 …………………………………………………72

表目錄

表1-1 加總運算子 ……………………………………………………6

表1-2 規則表範例 ……………………………………………………8

表3-1 都市固體廢棄物之組成百分比 ……………………………26

表3-2 化學計量需氧量 ……………………………………………29

表3-3 垃圾性質與衝程長度 ………………………………………33

表5-1 一階模型控制參數 …………………………………………67

表5-2 二階模型控制參數 …………………………………………68

表5-3 非線性模型控制參數 ………………………………………69

表5-4 系統模型控制參數 …………………………………………70

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