循环流化床锅炉燃烧系统的自抗扰控制研究

发布时间：2017-04-29 13:13

  本文关键词：循环流化床锅炉燃烧系统的自抗扰控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：循环流化床锅炉(Circulating Fluidized Bed Boiler, CFBB)燃烧系统具有非线性、多变量耦合、参数时变以及大惯性、大延迟等特点,使其自动控制的实现非常困难。本文采用自抗扰控制策略 (Auto Disturbance Rejection Control, ADRC),为这一问题的解决提供了新的思路。ADRC具有不依赖于对象精确数学模型以及较好的抗干扰性、解耦性、鲁棒性,因此本文的部分内容围绕纯滞后对象的ADRC策略展开。研究和探讨适于类似于循环流化床锅炉燃烧系统特点的ADRC结构改进与参数整定方法是论文的主要工作。 首先,深入研究了循环流化床锅炉的结构和工艺流程,在此基础上总结CFBB系统各个部分的数学模型,以及基本控制量。前人对CFBB为对象的动态建模仿真实验和理论研究,为ADRC应用于循环流化床燃烧系统提供了保证。 然后,详细讨论了ADRC控制器的结构形式和算法实现,结合典型一阶二阶大惯性纯时滞系统对参数整定以及ADRC的结构进行了改进,并引入时间尺度的方法,简化同类对象的ADRC的参数整定。在此基础上,通过球磨机的实例,与原型ADRC的方法进行比较,仿真结果表明该控制策略优于原型ADRC,能有效应用于非线性时变纯滞后系统,即使在模型不确定、存在外部扰动和测量噪声的情况下,也能表现出良好的动态性能。 最后,以CFBB炉燃烧系统为对象,研究ADRC在复杂热力系统中的应用。控制系统的设计以CFBB燃烧系统数学模型,以及相对增益矩阵解耦分析为基础。设计基于解耦矩阵的ADRC结构以及ADRC控制器参数,并与传统PID控制以及先进神经网络自适应跟踪策略进行对比。研究结果表明,在模型不确定、变工况和变量强耦合情况下,ADRC控制具有更好的解耦控制性能、抗干扰性以及鲁棒性。
【关键词】：循环流化床锅炉燃烧系统 自抗扰控制(ADRC) 解耦 鲁棒性 时间尺度 相对增益矩阵
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TK32
【目录】：

• 第一章 引言9-18
• 1.1 课题背景9-10
• 1.2 循环流化床锅炉控制的任务10-12
• 1.3 国内外循环流化床锅炉控制的研究与应用12-15
• 1.3.1 国内CFB锅炉控制策略研究13-14
• 1.3.2 国外CFB锅炉控制策略研究14-15
• 1.4 自抗扰控制15-17
• 1.5 本文的主要工作17-18
• 第二章 循环流化床控制对象特性及数学模型18-35
• 2.1 引言18
• 2.2 循环流化成锅炉的工艺流程18-23
• 2.2.1 循环流化床锅炉的结构19
• 2.2.2 CFBB燃烧过程19-22
• 2.2.3 CFBB需要控制的主要被调量22-23
• 2.3 汽压被控对象动态特性23-27
• 2.3.1 主汽压控制特点23-24
• 2.3.2 主汽压动态特性24-27
• 2.4 炉床温度控制系统设计27-29
• 2.4.1 控制炉床温度的意义27-28
• 2.4.2 一次风量对床温的影响28
• 2.4.3 给煤量对床温的影响28-29
• 2.5 汽包水位控制系统设计29-31
• 2.5.1 气包水位对流化床运行的重要影响29
• 2.5.2 气包水位动态特性29-31
• 2.6 主汽温被控对象动态特性31-35
• 2.6.1 主气温动态特性31-33
• 2.6.2 主气温控制策略33-35
• 第三章 自抗扰控制系统的设计35-45
• 3.1 引言35
• 3.2 自抗扰控制器结构与原理35-38
• 3.2.1 自抗扰控制器组成框图35-36
• 3.2.2 自抗扰控制器原理与算法36-38
• 3.3 扩张状态观测器ESO38-41
• 3.3.1 扩张状态观测器的设计方法38-39
• 3.3.2 状态观测器的收敛性39-41
• 3.4 参数整定规则41-45
• 第四章 纯滞后对象ADRC控制方法改进及参数整定45-62
• 4.1 引言45
• 4.2 时滞对象探讨分析45-47
• 4.3 介绍时间尺度的概念47-49
• 4.4 修改后的二阶ADRC 的结构49-50
• 4.5 仿真试验对比50-53
• 4.6 二阶惯性加纯延迟系统的参数整定实例53-56
• 4.7 改进的ADRC控制系统参数整定及仿真结果分析56-60
• 4.8 本章小节60-62
• 第五章 循环流化床燃烧系统的自抗扰控制62-76
• 5.1 引言62-63
• 5.2 对象模型63-64
• 5.3 燃烧系统耦合控制对象的相对增益矩阵64-65
• 5.4 燃烧控制系统设计65-66
• 5.5 仿真结果66-75
• 5.5.1 阶跃试验66-68
• 5.5.2 适应性试验68-71
• 5.5.3 扰动试验71-75
• 5.6 本章小节75-76
• 第六章 结论与展望76-78
• 6.1 结论76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢、声明83-84
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文84

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 马云飞;信息融合聚类方法在锅炉燃烧系统中的应用研究[D];燕山大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王佳;循环流化床锅炉燃烧过程控制策略的研究[D];河北科技大学;2011年

2 任修孟;数控加工中心龙门悬浮气隙的自抗扰控制研究[D];沈阳工业大学;2012年

3 常莉莉;模糊神经网络在循环流化床中的应用[D];华北电力大学（北京）;2006年

4 尹水红;自抗扰技术在多变量控制系统中的应用[D];华北电力大学（河北）;2007年

5 周星;电站热工系统自抗扰控制技术及其在DCS中的应用研究[D];华北电力大学（北京）;2010年

6 王辰昱;自抗扰控制器的参数整定及应用[D];华北电力大学（河北）;2010年

7 马俊伟;动态模糊神经网络在非线性系统中的应用研究[D];东北大学;2010年

8 张兴;大型循环流化床锅炉的控制策略研究[D];华北电力大学;2012年

9 林伟伟;煤泥流化床锅炉运行优化与控制技术研究[D];杭州电子科技大学;2013年

10 熊彬;300MW循环流化床锅炉主蒸汽压力和床温控制算法的研究[D];长沙理工大学;2013年

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本文编号：334938