燃煤锅炉风机系统一种新型解耦控制方式应用研究

发布时间：2017-10-05 07:46

  本文关键词：燃煤锅炉风机系统一种新型解耦控制方式应用研究

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【摘要】：工业燃煤锅炉引、送风控制系统是燃烧过程自动控制的基本系统,其控制质量直接决定了燃烧控制的质量,影响到锅炉运行的性能指标。燃煤锅炉引、送风控制系统是一个复杂的非线性系统,存在强耦合、参数时变和不确定性问题,严重制约了锅炉运行质量的进一步提高。所以设计解耦控制器,消除引风控制系统与送风控制系统之间的相互影响具有十分重要的意义。传统的控制方法中将引风控制系统、送风控制系统视为局部、单项和静态的系统进行独立控制,忽略了各控制系统之间的耦合影响,控制策略集中于智能方法的理论研究及其在各独立系统中的应用,缺乏对引、送风综合系统解耦控制应用及相关理论指导的认识,成为阻碍解耦控制在引、送风综合控制系统中应用的瓶颈。引、送风系统本质上是多变量系统,采用单回路控制方案实施多变量系统的控制存在缺馅,不能消除引、送风控制系统间的相互影响,应从多变量系统角度考虑这一问题。论文针对引、送风多变量时滞系统过程解耦器结构复杂且不能解析设计、控制器不易兼顾控制性能和鲁棒性的问题,提出采用基于等价传递函数的多变量解耦方法,将系统解耦成两个互不干扰的单回路。然后采用增益相位裕度法和内模控制法设计PID控制器,来满足对燃煤锅炉含氧量和负压的控制要求。本文首先对工业燃煤锅炉的风烟系统工作原理进行了详细的介绍,并对引、送风控制系统的控制要求及耦合特性进行了分析说明。然后,采用前馈补偿解耦法和单位矩阵解耦法对引、送风系统设计了解耦器,同时通过Simulink仿真进行了验证分析,得出这两种方法的不足之处。之后,采用基于等价传递函数的参数化方法对锅炉引、送风系统进行了解耦器的设计,并通过Simulink仿真验证了其解耦效果优于前两种方法。最后,分别采用增益相位裕度法和内模控制法对基于等价传递函数归一化解耦后的锅炉引、送风系统设计了控制器。利用MATLAB仿真软件,在SIMULINK中建立系统仿真模型,获得模型匹配下和参数摄动两种情况下的系统解耦控制的输出曲线。通过仿真曲线的分析可知,增益相位裕度控制方法和内模控制法都具有较好的控制性能和较强的鲁棒性,易于工业应用,有较强的实际意义。
【关键词】：燃煤锅炉 风机系统 等价传递函数 解耦控制 PID控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP273;TK229.6
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 风机系统的发展现状9
• 1.2.2 多变量解耦控制的发展现状9-11
• 1.2.3 基于等价传递函数的多变量控制研究现状11
• 1.2.4 解耦控制在锅炉中的应用11-12
• 1.3 本文研究的目的和研究内容12-14
• 1.3.1 本文研究的目的12-13
• 1.3.2 本文研究的内容13-14
• 2 燃煤锅炉风机系统工作原理及模型构建14-23
• 2.1 燃煤锅炉燃烧过程14-16
• 2.1.1 锅炉燃烧过程自动控制的任务14-15
• 2.1.2 锅炉燃烧控制系统的组成与特点15-16
• 2.2 燃煤锅炉风烟系统结构16-19
• 2.2.1 送风系统运行的基本原理17-19
• 2.2.2 引风系统运行的基本原理19
• 2.3 引、送风系统的动态特性及模型建立19-22
• 2.3.1 送风系统的动态特性及其模型19-20
• 2.3.2 引风系统的动态特性及其模型20-21
• 2.3.3 引、送风控制系统及耦合分析21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 3 燃煤锅炉引、送风系统传统解耦设计方法23-31
• 3.1 引言23
• 3.2 燃煤锅炉引、送风系统耦合度分析23-25
• 3.3 基于前馈补偿解耦法的引、送风系统解耦器设计25-28
• 3.3.1 前馈补偿解耦器设计25-26
• 3.3.2 仿真验证及分析26-28
• 3.4 基于单位矩阵解耦法的引、送风系统解耦器设计28-30
• 3.4.1 单位解耦器设计28-29
• 3.4.2 仿真验证及分析29-30
• 3.5 本章小结30-31
• 4 引、送风系统的改进解耦设计及仿真31-41
• 4.1 引言31
• 4.2 系统等价传递函数的定义31-33
• 4.3 等价传递函数矩阵的性质33-34
• 4.4 引、送风系统等价传递函数的参数化方法34-37
• 4.5 引、送风系统解耦器设计37-39
• 4.6 仿真验证及分析39-40
• 4.7 本章小结40-41
• 5 基于ETF的引、送风系统控制器设计41-52
• 5.1 引言41
• 5.2 基于ETF的引、送风系统增益相位裕度控制器设计41-44
• 5.2.1 增益相位裕度控制器设计41-42
• 5.2.2 引、送风系统解耦控制器的收敛性42-43
• 5.2.3 引、送风解耦控制系统鲁棒性和稳定性分析43-44
• 5.3 基于ETF的引、送风系统内模控制器设计44-48
• 5.3.1 内模控制基本原理44-45
• 5.3.2 引、送风系统内模控制器的设计45-47
• 5.3.3 引、送风系统时滞过程的控制器鲁棒整定47-48
• 5.4 两种控制法的仿真验证及分析48-51
• 5.5 本章小结51-52
• 6 结论与展望52-54
• 6.1 结论52-53
• 6.2 展望53-54
• 致谢54-55
• 参考文献55-59
• 附录59

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本文编号：975615