基于模糊理论的CFB锅炉过热汽温解耦控制方法的研究

论文摘要

循环流化床锅炉是近代兴起的环保燃烧方式的新型产物,现代大型电厂为了提高燃料利用率及热效率、适应各煤种的燃烧,部分采用了循环流化床燃烧方式。由于其大型化所造成的管道长度的增加,使得控制系统的设计存在一定的困难,常规PID控制系统难以完成非线性、强耦合、多参数的要求,很难达到快速性、准确性、稳定性的效果。在经过多年的研究及应用,新的控制系统对于循环流化床锅炉的控制已迫在眉睫。模糊解耦控制是针对多参数、非线性和耦合参数控制的有效手段,其通过无需建立精确数学模型来实行控制,主要为模糊规则和耦合参数的解耦,来解除某种扰动下的耦合。针对CFB锅炉控制系统各对象存在的非线性、强耦合及多参数等特征,模糊控制应用于循环流化床锅炉过热汽温控制有助于更好的提升其品质,解耦原理应用于其中更好的形成独立的输入输出通道,结合模糊控制理论和解耦原理形成模糊解耦控制,是CFB锅炉过热汽温控制的有效手段。循环流化床锅炉过热汽温控制系统模糊化后,解耦方法也需模糊化,以模糊控制器作为解耦补偿器,采用模糊PID作为汽温控制系统的控制器,形成模糊解耦—模糊PID控制的CFB锅炉过热汽温双模糊控制系统,以耦合严重的过热蒸汽温度和烟气含氧量为对象,求解相对增益来确定其耦合程度。本论文选用国产电厂300MW循环流化床锅炉过热汽温控制参数作为仿真研究对象,以二次风量和燃料量作为扰动量,以过热汽温和烟气含氧量作为输出量,通过模糊解耦和模糊PID的双模糊控制结构,分析过热汽温在扰动量的干扰下同烟气含氧量之间的耦合关系,然后进行控制研究,以选择CFB锅炉给过热汽温的最佳控制。通过仿真研究,模糊PID和模糊解耦双模糊控制有效地解决了常规PID难以消除的缺点,更好的体现了其优越性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 CFB锅炉发展概况
• 1.2 CFB锅炉控制系统
• 1.2.1 CFB锅炉燃烧控制系统
• 1.2.2 CFB锅炉汽水控制系统
• 1.3 课题研究的背景
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第二章 CFB锅炉过热汽温控制系统及其特性
• 2.1 概述
• 2.2 循环流化床锅炉过热汽温控制的任务及系统设计难点
• 2.2.1 过热汽温控制的任务
• 2.2.2 过热汽温控制系统设计的难点
• 2.3 循环流化床锅炉过热汽温控制系统的特性
• 2.3.1 过热汽温控制对象的静态特性
• 2.3.2 过热汽温控制对象的动态特性
• 2.3.2.1 负荷扰动下过热汽温控制对象的动态特性
• 2.3.2.2 减温水量扰动下过热汽温控制对象的动态特性
• 2.3.3 烟气含氧量控制对象的动态特性
• 2.3.3.1 燃料量扰动下的烟气含氧量响应特性
• 2.3.3.2 一次风扰动下的烟气含氧量响应特性
• 2.3.3.3 二次风扰动下的烟气含氧量响应特性
• 2.4 本章总结
• 第三章 模糊解耦控制理论
• 3.1 概述
• 3.2 模糊控制理论
• 3.2.1 模糊控制技术介绍
• 3.2.2 模糊控制理论的数学基础
• 3.2.2.1 经典集合、元素及论域
• 3.2.2.2 模糊集合
• 3.2.3 模糊控制系统组成
• 3.2.4 基本模糊控制器
• 3.2.4.1 单输入单输出模糊控制器
• 3.2.4.2 双输入单输出模糊控制器
• 3.2.4.3 多输入多输出模糊控制器
• 3.3 模糊推理及控制规则
• 3.3.1 量化因子与比例因子
• 3.3.2 模糊推理
• 3.3.3 模糊控制规则
• 3.3.3.1 模糊控制规则的类型
• 3.3.3.2 模糊控制规则库的建立
• 3.4 解模糊判决
• 3.4.1 最大隶属度法
• 3.4.2 平均最大隶属度法
• 3.4.3 重心法
• 3.4.4 取中位数法
• 3.5 解耦控制
• 3.5.1 耦合和解耦控制
• 3.5.2 相对增益
• 3.5.3 解耦的基本原理
• 3.5.4 实现解耦的方法
• 3.5.4.1 串联解耦控制
• 3.5.4.2 反馈解耦控制
• 3.5.4.3 模糊解耦控制
• 3.6 本章总结
• 第四章 CFB锅炉过热汽温常规PID控制的研究
• 4.1 常规PID控制原理
• 4.2 系统分析
• 4.3 系统仿真
• 4.4 本章总结
• 第五章 CFB锅炉过热汽温双模糊解耦控制的研究
• 5.1 引言
• 5.2 CFB锅炉控制系统参数关联度分析
• 5.2.1 解耦方法在CFB锅炉控制中的运用
• 5.2.2 CFB锅炉过热汽温与各对象的耦合度分析
• 5.3 相对增益的求解
• 5.4 模糊解耦模型的建立
• 5.4.1 模糊解耦控制器的设计
• 5.4.2 CFB锅炉过热汽温模糊解耦控制系统模型
• 5.4.3 建立CFB锅炉过热汽温模糊推理系统
• 5.5 模糊PID控制器
• 5.6 CFB锅炉过热汽温模糊解耦—模糊PID双模糊控制系统
• 5.6.1 概述
• 5.6.2 模型的建立
• 5.6.3 仿真分析
• 5.6.3.1 仿真的工作流程
• 5.6.3.2 CFB锅炉过热汽温双模糊控制系统仿真
• 5.7 本章总结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的期刊论文
• 致谢