循环流化床锅炉模糊及解耦控制的研究

论文摘要

循环流化床锅炉是近年来迅速发展起来的一种新型燃煤锅炉,该项技术因其高效率、低污染、效益好的特点正在得到越来越广泛的应用,具有良好的发展前景。本文在建模的基础上探讨智能控制理论在循环流化床锅炉中的应用,系统地提出了燃烧系统模糊解耦控制方法,较好地解决了燃烧系统的耦合和控制问题,依此设计了锅炉的控制系统。实验结果证明此方法具有重要的理论研究意义和较好的实际应用价值。本文针对循环流化床锅炉的燃烧机理开展研究,着重分析了燃烧室各组成部分的功能及特点,采用分层控制方式构造锅炉的控制系统。同时,对燃烧系统的密相区和稀相区进行数学建模,建立了动态质量平衡方程及能量平衡方程,从而充分反应了燃烧区的动态特性。本文对燃烧系统的耦合情况进行了分析研究,根据现场辨识的床温和主汽压力的响应曲线推导出了系统的传递函数。对给煤量和一次风之间的耦合关联度进行了计算分析,并确立了各变量的一一对应关系,实现单输入对单输出的控制方式。依此采用了串级和前馈两种算法对燃烧系统解耦,仿真结果证明,该方法可以解决燃烧系统的解耦问题。模糊控制器具有不需要被控对象的精确数学模型、适合于大滞后非线性时变系统、算法简单实用、符合燃烧系统控制要求的特点。本文依此采用模糊控制与解耦控制相结合的方法,设计了给煤量控制床温、一次风控制主汽压力的模糊解耦方法,仿真结果表明,该方法既能满足解耦的要求、又能满足控制的稳定性实时性和快速性的要求。本文结合锅炉的特点,通过采用霍尼韦尔集散控制系统软硬件组成了实时、高效的锅炉控制系统,给出了相应的控制策略,同时设计完成了系统的通信网络拓扑、底层数据采集的电路方案、控制算法编程及上位机监控组态编程。对锅炉系统进行了调试并对燃烧系统模糊解耦控制进行了实验研究,实验结果证明燃烧系统模糊解耦方法效果良好、具有广泛的推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 循环流化床锅炉的特点及建模的发展
• 1.2.1 循环流化床锅炉的特点
• 1.2.2 循环流化床锅炉的数学建模
• 1.3 智能控制理论在循环流化床中的应用
• 1.3.1 模糊控制的应用
• 1.3.2 解耦控制的应用
• 1.3.3 集散控制的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 锅炉运行机理及燃烧控制模型
• 2.1 循环流化床锅炉的运行机理
• 2.1.1 循环流化床的结构
• 2.1.2 循环流化床的燃烧过程
• 2.2 循环流化床锅炉控制系统组成
• 2.2.1 保护控制系统
• 2.2.2 主汽压调节系统
• 2.2.3 床温调节系统
• 2.2.4 启动燃烧系统
• 2.2.5 辅助调节系统
• 2.3 循环流化床锅炉燃烧机理模型
• 2.3.1 密相区质量平衡
• 2.3.2 稀相区质量平衡
• 2.3.3 密相区能量平衡
• 2.3.4 稀相区能量平衡
• 2.4 本章小结
• 第3章 燃烧系统解耦分析
• 3.1 锅炉燃烧系统建模
• 3.1.1 给煤扰动下系统动态特性
• 3.1.2 一次风扰动下系统动态特性
• 3.2 燃烧系统关联度分析
• 3.3 燃烧系统解耦控制策略
• 3.3.1 静态串级解耦
• 3.3.2 动态前馈解耦
• 3.4 解耦控制算法仿真分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 燃烧系统控制算法应用研究
• 4.1 燃烧系统模糊控制方法
• 4.1.1 模糊控制与传统控制
• 4.1.2 模糊控制系统组成
• 4.2 给煤量的模糊控制方案
• 4.2.1 给煤量模糊控制原理
• 4.2.2 输入语言变量
• 4.2.3 精确量的模糊化
• 4.2.4 模糊控制算法的设计
• 4.2.5 模糊判决
• 4.3 燃烧系统模糊PID 控制策略
• 4.4 燃烧系统模糊解耦控制的仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 锅炉集散控制系统设计及实验研究
• 5.1 现场控制系统硬件选型及配置
• 5.1.1 燃烧系统硬件选型及配置
• 5.1.2 辅助系统硬件选型及配置
• 5.1.3 硬件的安装及调试
• 5.2 控制策略软件编程及实现
• 5.3 系统监控组态
• 5.4 网络组态方案
• 5.5 锅炉运行试验研究
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢