基于模型预测控制的船用锅炉控制算法研究

发布时间：2020-10-18 02:36

　　 船用锅炉的控制是复杂的非线性时变控制,在锅炉运行中各参数(如水温、蒸汽压力、给水流量、锅炉水位等)之间存在着强耦合现象。传统的船用锅炉是采用由PID控制器组成的反馈控制,而这种控制具有易产生超调,鲁棒性差等缺点。对于这样一个复杂的系统,本文选择将模型预测控制应用于系统中以获得更为理想的控制效果。本文首先讨论了欧堡工业A/S MISSIONTM OB烟管锅炉的结构和工作原理,并根据物质平衡和能量平衡理论对该型号的锅炉进行了机理建模,从而得到了该型号锅炉水位和蒸汽压力的数学方程表达式,整篇文章都是基于这里建立的机理模型。然后本文讨论了模型预测控制的发展、原理和基本特点,为下文的理解作了铺垫。紧接着论文给出了模型预测控制算法在该型号锅炉上面的应用,并对该算法的应用进行了仿真研究。在应用模型预测控制之前,先设计了一个基于卡尔曼滤波理论的状态估计器,以得到状态空间方程中无法直接测量的状态变量。为了仿真结果的实现,论文重点部分研究的是线性模型预测控制,即首先对建立的机理模型进行线性化和离散化,建立线性离散状态空间模型,这样就可以对该算法直接应用Matlab进行仿真。本文分别对多种幅度的蒸汽负荷扰动的情况进行仿真分析。通过对比所得到的MPC控制器和PID控制器的仿真动态图,本文可以清晰地得到在多种蒸汽负荷扰动情况下,MPC控制器的控制性能都远远好于PID控制器。MPC控制器能够有效反映实际锅炉系统的动态并且具有较好的控制作用,即无超调量,稳定所需时间短以及跟踪期望效果好。
【学位单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：U664
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究的背景和意义
    1.2 船用锅炉控制系统
        1.2.1 船用锅炉
        1.2.2 水位自动控制系统
        1.2.3 蒸汽压力自动控制系统
        1.2.4 船用锅炉控制的总体特点
    1.3 模型预测控制
    1.4 本文主要研究内容
第2章 船用锅炉的数学建模
TM OB锅炉结构及工作原理'>    2.1 欧堡工业A/S MISSION^TM OB锅炉结构及工作原理
    2.2 锅炉水位和蒸汽压力模型及其动态特性分析
        2.2.1 锅炉水位和蒸汽压力模型
        2.2.2 锅炉水位和蒸汽压力动态特性分析
    2.3 本章小结
第3章 模型预测控制理论
    3.1 模型预测控制的发展
    3.2 模型预测控制的基本原理
    3.3 模型预测控制的基本特点
        3.3.1 基于模型的预测
        3.3.2 滚动优化
        3.3.3 前馈-反馈控制结构
    3.4 本章小结
第4章 船用锅炉水位和蒸汽压力MPC控制系统的设计
TM OB锅炉机理状态空间模型'>    4.1 欧堡工业A/S MISSION^TM OB锅炉机理状态空间模型
    4.2 基于卡尔曼滤波理论的状态估计器的设计
    4.3 基于船用锅炉机理状态空间模型的约束预测控制
        4.3.1 预测方程
        4.3.2 求解约束优化问题
        4.3.3 在线校正
    4.4 本章小结
第5章 船用锅炉水位和蒸汽压力控制系统仿真
结论
参考文献
攻读学位期间公开发表论文
致谢
作者简介

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本文编号：2845673