微波干燥褐煤过程的模糊动态模型及温度控制研究

发布时间：2017-08-14 03:19

  本文关键词：微波干燥褐煤过程的模糊动态模型及温度控制研究

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【摘要】：煤是一种极为重要的化石燃料,我国煤矿资源储量丰富,居世界第三位。在煤的总储量中,褐煤等低阶煤储量占了总储量将近一半的比重。这些低阶煤由于含水量过高,物理化学性质不稳定等原因,实际的使用受到很大限制。若能有效移除低阶煤包含的水分,则有望从源头上解除低阶煤的使用限制,因此低阶煤的高效干燥十分重要。传统的低阶煤干燥方式多采用热干燥技术,这种干燥方式能量使用效率低,干燥时间长,废气排放量大。作为一种新型的干燥方式,微波干燥的原理和传统干燥方式截然不同,与传统干燥方式相比具有能量使用效率高,干燥时间短,清洁无污染等特点,因此微波干燥是一种在低阶煤干燥领域很有应用前景的干燥方式。但是由于微波干燥低阶煤的过程中温度控制困难,实际应用中容易导致热失控现象的发生,这大大阻碍了微波在低阶煤干燥领域的广泛应用。为了防止低阶煤的微波干燥过程出现热失控现象,促进微波干燥技术在低阶煤干燥领域的广泛使用,在考虑干燥过程存在的非线性、时变性和强耦合性的情况下,本文引入模糊动态模型来描述褐煤的微波干燥过程,并基于模型预测控制算法研究微波干燥褐煤过程的温度控制。论文的主要研究内容如下:(1)分析微波干燥低阶煤、微波加热过程机理建模、模糊模型辨识方法以及温度控制技术的研究现状,根据微波干燥褐煤过程的特性,以微波干燥褐煤过程的输入输出数据为基础,基于改进的Gustafson-Kessel聚类算法和子空间方法分别对模糊动态模型的前件参数和后件参数进行辨识;(2)基于微波干燥褐煤过程的模糊动态模型,应用模型预测控制算法设计微波干燥褐煤过程的温度控制器,并针对微波干燥系统的输入约束,设计带输入约束的温度控制器;(3)以MATLAB为平台,对模糊动态模型辨识以及温度控制过程进行仿真,并在微波干燥实验系统上进行实验验证。
【关键词】：微波干燥 模糊动态模型 模糊聚类算法 子空间辨识 温度控制
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD849.2;TP273
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-16
• 1.2.1 低阶煤干燥研究现状10-12
• 1.2.2 微波加热过程的建模研究现状12-14
• 1.2.3 基于模糊模型辨识方法的研究现状14
• 1.2.4 温度控制技术研究现状14-16
• 1.3 研究内容16
• 1.4 论文组织结构16-18
• 2 微波干燥褐煤过程的模糊动态模型辨识18-36
• 2.1 实验系统介绍及实验描述18-20
• 2.1.1 实验系统介绍18-19
• 2.1.2 实验描述19-20
• 2.2 模糊动态模型概述20-21
• 2.3 模糊动态模型的前件辨识21-27
• 2.3.1 模糊聚类算法概述22
• 2.3.2 模糊c均值聚类算法22-23
• 2.3.3 Gustafson Kessel聚类算法及其改进算法23-24
• 2.3.4 基于改进的Gustafson-Kessel聚类算法的实验数据处理24-26
• 2.3.5 基于隶属度和输入功率融合的全局模糊动态模型26-27
• 2.4 模糊动态模型后件辨识27-35
• 2.4.1 子空间辨识方法概述27-28
• 2.4.2 模糊动态模型分析28
• 2.4.3 汉克尔矩阵块与系统相关矩阵28-30
• 2.4.4 基于卡尔曼滤波算法的状态估计30-31
• 2.4.5 模糊动态模型线性定常表达式的几何特性31-33
• 2.4.6 系统矩阵的计算33-35
• 2.5 小结35-36
• 3 微波干燥褐煤过程的温度控制36-47
• 3.1 模型分析与模型预处理36-37
• 3.2 基于两种表达形式的模型预测控制器设计37-42
• 3.2.1 基于脉冲算子表达式的模型预测控制器设计38-39
• 3.2.2 基于离散时间拉盖尔多项式的模型预测控制器设计39-42
• 3.3 带输入约束的模型预测控制器设计42-46
• 3.3.1 约束的矩阵不等式表达42-44
• 3.3.2 具有输入约束的模型预测控制器设计44-46
• 3.4 小结46-47
• 4 仿真与实验验证47-58
• 4.1 模糊动态模型辨识仿真47-50
• 4.2 微波干燥褐煤过程的温度控制仿真50-55
• 4.2.1 无约束模型预测控制仿真50-53
• 4.2.2 带输入约束的温度控制仿真过程及结果分析53-55
• 4.3 温度控制效果实验验证55-56
• 4.4 小结56-58
• 5 总结与展望58-60
• 5.1 总结58
• 5.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-66
• 附录66-69
• A. 模糊动态模型辨识结果(c=16)66-69
• B. 作者在攻读学位期间发表的论文目录69
• C. 作者在攻读学位期间参与的科研项目69

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本文编号：670491