高炉压缩机系统效率优化与控制策略研究
发布时间：2020-12-18 17:24
高炉压缩机送风系统是高炉炼铁生产流程中能源消耗的关键环节,也是整个生产过程中的动力枢纽。根据国家对高耗能企业提出的节能减排要求,利用控制理论方法对高炉压缩机系统进行优化控制,提高压缩机送风效率并节约能源。目前高炉压缩机送风系统存在性能曲线随入口环境变化发生偏移,且压缩机性能特性曲线与管网特性曲线不匹配的问题。因此,对压缩机系统效率优化与控制策略的研究具有重要意义。本文首先对该领域国内外研究现状做了具体的分析。目前针对压缩机入口环境的补偿方法过于粗略,且传统的PID控制方法无法达到节约能源的要求。本文通过分析压缩机性能曲线随入口环境的变化规律,结合风机相似定律推导出了压缩机风量风压修正系数,再根据热力学原理建立了压缩机温度补偿模型,得到补偿后的压缩机转速,提出了压缩机入口环境分级温度补偿方案。其次,在MG模型的基础上,通过分析压缩机系统的工作机理,推导出了适合压缩机控制器设计的双输入双输出非线性动力学模型。对压缩机非线性模型进行了处理,并利用非线性状态反馈精确线性化设计了压缩机系统控制律,提出了基于非线性状态反馈的压缩机跟踪控制方案。基于上述分析和设计结果,借助Matlab/simuli...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Moore-Greitzer模型
- 39 -图 4.12 压缩机系统动力学模型仿真图压缩机双输入双输出模型如图 4.12 所示，根据表 4-1 计算出模型仿真图中各模块的参数值。根据 4.3.2.1 小节中保持压缩机稳定运行的转速范围为(1500～1950r/min)和出口节流阀开度的范围为(0.7～1),在压缩机稳定运行范围内选取控制量，分析压缩机动力学模型的优劣。如图 4.13、图 4.14 为选取压缩机转速 n=1700r/min，节流阀开度 γ=0.9作为输入量的模型输出动态特性。
- 45 -5.2 压缩机控制系统仿真结果分析在Matlab/Simulink软件平台上搭建图5.1所示的系统控制仿真模型，如图5.2所示。由 4.3 节 计 算 的 压 缩 机 模 型 的 系 统 参 数 T1=0.057 、 T2=0.00000275 ， 取1 2[ ] [ 5 10]T TK k k 保证 A-BK 的特征值分配在左半开复平面的理想位置。给定压缩机输出流量信号为* *1 2y 6.0, y 2.25，输出 y 跟踪参考信号给定 y*的仿真结果如图 5.3所示。系统跟踪输出保持稳定，并有较好的调节时间，但稳态输出与参考信号给定值有一定的静差。系统输出跟踪给存在静差的主要原因是基于模型的系统状态反馈控制，输入偏差是维持系统运行的基础，只能使输出趋于期望值。为了提高控制精度，本文加入PI 积分器 Kp=6.7，Ki=2.0，得到稳态输出跟踪和控制效果如图 5.4、图 5.5 所示。加入PI 积分器后
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶顶开槽对轴流风机性能影响的数值研究[J]. 叶学民,李鹏敏,李春曦. 中国电机工程学报. 2015(03)
[2]一种串联机器人的随机误差分析方法[J]. 丁洪生,黄志晨,刘永俊,付铁. 北京理工大学学报. 2014(09)
[3]高炉鼓风机定风量定风压控制系统的研究与分析[J]. 徐永强. 电子制作. 2013(18)
[4]高炉鼓风机防喘振模糊PID控制算法[J]. 王延年,刘刚. 电子设计工程. 2013(07)
[5]基于相似理论的风机性能快速计算模型[J]. 王路飞,谷波,王婷. 流体机械. 2012(07)
[6]“十二五”期间中国钢铁工业发展的战略思考与路径选择[J]. 高洪成,娄成武. 中国软科学. 2012(06)
[7]基于差分进化算法的离心式压缩机建模[J]. 牛大鹏,王小刚,董世建,王福利. 东北大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]汽包炉单元机组的滑压工况通用非线性输出跟踪控制[J]. 赵为光,夏国清,杨莹,王亚军,蒋海役. 中国电机工程学报. 2012(11)
[9]分子量分布的广义状态反馈跟踪控制[J]. 王晶,黄颖华,曹柳林,吴海燕,靳其兵. 控制理论与应用. 2012(02)
[10]面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展[J]. 罗先喜,苑明哲,徐化岩,王宏. 信息与控制. 2011(06)
博士论文
[1]热力过程多变量控制系统的优化设计[D]. 薛亚丽.清华大学 2005
硕士论文
[1]高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制[D]. 滕宇.浙江大学 2014
[2]高炉鼓风机防喘振控制方法的研究[D]. 陈毅夫.浙江大学 2013
[3]燃气轮机压缩系统稳定性分析[D]. 韩磊.哈尔滨工程大学 2013
[4]离心式压缩机建模及仿真研究[D]. 王远.东北大学 2012
[5]津西钢铁高炉风机PCBB优化控制研究[D]. 张禹.天津大学 2011
本文编号：2924325
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Moore-Greitzer模型
- 39 -图 4.12 压缩机系统动力学模型仿真图压缩机双输入双输出模型如图 4.12 所示，根据表 4-1 计算出模型仿真图中各模块的参数值。根据 4.3.2.1 小节中保持压缩机稳定运行的转速范围为(1500～1950r/min)和出口节流阀开度的范围为(0.7～1),在压缩机稳定运行范围内选取控制量，分析压缩机动力学模型的优劣。如图 4.13、图 4.14 为选取压缩机转速 n=1700r/min，节流阀开度 γ=0.9作为输入量的模型输出动态特性。
- 45 -5.2 压缩机控制系统仿真结果分析在Matlab/Simulink软件平台上搭建图5.1所示的系统控制仿真模型，如图5.2所示。由 4.3 节 计 算 的 压 缩 机 模 型 的 系 统 参 数 T1=0.057 、 T2=0.00000275 ， 取1 2[ ] [ 5 10]T TK k k 保证 A-BK 的特征值分配在左半开复平面的理想位置。给定压缩机输出流量信号为* *1 2y 6.0, y 2.25，输出 y 跟踪参考信号给定 y*的仿真结果如图 5.3所示。系统跟踪输出保持稳定，并有较好的调节时间，但稳态输出与参考信号给定值有一定的静差。系统输出跟踪给存在静差的主要原因是基于模型的系统状态反馈控制，输入偏差是维持系统运行的基础，只能使输出趋于期望值。为了提高控制精度，本文加入PI 积分器 Kp=6.7，Ki=2.0，得到稳态输出跟踪和控制效果如图 5.4、图 5.5 所示。加入PI 积分器后
【参考文献】：
期刊论文
[1]叶顶开槽对轴流风机性能影响的数值研究[J]. 叶学民,李鹏敏,李春曦. 中国电机工程学报. 2015(03)
[2]一种串联机器人的随机误差分析方法[J]. 丁洪生,黄志晨,刘永俊,付铁. 北京理工大学学报. 2014(09)
[3]高炉鼓风机定风量定风压控制系统的研究与分析[J]. 徐永强. 电子制作. 2013(18)
[4]高炉鼓风机防喘振模糊PID控制算法[J]. 王延年,刘刚. 电子设计工程. 2013(07)
[5]基于相似理论的风机性能快速计算模型[J]. 王路飞,谷波,王婷. 流体机械. 2012(07)
[6]“十二五”期间中国钢铁工业发展的战略思考与路径选择[J]. 高洪成,娄成武. 中国软科学. 2012(06)
[7]基于差分进化算法的离心式压缩机建模[J]. 牛大鹏,王小刚,董世建,王福利. 东北大学学报(自然科学版). 2012(04)
[8]汽包炉单元机组的滑压工况通用非线性输出跟踪控制[J]. 赵为光,夏国清,杨莹,王亚军,蒋海役. 中国电机工程学报. 2012(11)
[9]分子量分布的广义状态反馈跟踪控制[J]. 王晶,黄颖华,曹柳林,吴海燕,靳其兵. 控制理论与应用. 2012(02)
[10]面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展[J]. 罗先喜,苑明哲,徐化岩,王宏. 信息与控制. 2011(06)
博士论文
[1]热力过程多变量控制系统的优化设计[D]. 薛亚丽.清华大学 2005
硕士论文
[1]高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制[D]. 滕宇.浙江大学 2014
[2]高炉鼓风机防喘振控制方法的研究[D]. 陈毅夫.浙江大学 2013
[3]燃气轮机压缩系统稳定性分析[D]. 韩磊.哈尔滨工程大学 2013
[4]离心式压缩机建模及仿真研究[D]. 王远.东北大学 2012
[5]津西钢铁高炉风机PCBB优化控制研究[D]. 张禹.天津大学 2011
本文编号：2924325
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/yjlw/2924325.html
