船用增压锅炉燃烧控制系统研究

论文摘要

增压锅炉是舰用蒸汽锅炉发展的新阶段,它具有高可靠性、经济性、重量轻、尺寸小,以及功率大等优点,是舰用锅炉的发展方向。增压锅炉的燃烧控制系统是蒸汽动力装置中的一个重要的控制系统。该系统的惯性大,数学模型复杂,各参数之间相互关联,耦合关系复杂,这就对控制系统提出了较高的要求,同时也决定了控制系统的复杂性。本文以增压锅炉为基础,以燃烧控制系统为研究对象开展了以下研究工作：首先,全面的分析了增压锅炉的总体结构和燃烧系统的结构组成,并建立了三大分系统的数学模型。利用流量特性方程建立了燃油流量系统的数学模型；利用牛顿第二定律对涡轮增压装置建立了转矩平衡方程,得出了空气流量系统的数学模型；利用汽水两相的质量平衡方程和能量平衡方程,以及传热方程建立了主蒸汽压力系统的动态物理机理模型,为燃烧控制系统的研究奠定了基础。其次,针对空气流量系统非线性、时变性的控制难点,设计了空气流量的FUZZY-CMAC控制器,并利用时变遗传算法对FUZZY-CMAC中的控制参数进行优化,提高了算法的收敛速度,实现了空气流量的最优控制。同时,设计了燃油流量耦合系统的PID控制仿真,得到了满意的控制效果。再次,在燃油流量和空气流量独立控制的基础上,提出了基于模糊控制的变偏置双交叉限幅燃烧控制系统。由于变偏置函数在限幅过程中起到了重要的作用,利用模糊控制对变偏置函数进行自寻优修正,不仅提高了系统的经济性能,而且很好的克服了限幅燃烧过程中燃油流量和空气压力变化频繁,不利于物理实现的缺点。最后,针对主蒸汽压力控制系统大滞后、时变性和非线性等特性,提出了基于CMAC神经网络的γ增量型阶梯式广义预测控制策略,该方法利用CMAC对系统中的高阶非线性部分进行逼近,预测控制将非线性考虑进来,设计了非线性系统的γ增量型阶梯式广义预测,很好的解决了主蒸汽压力大滞后的控制难点,且具有很好的鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 国际国内的研究现状
• 1.2.1 舰用增压锅炉的研究现状
• 1.2.2 涡轮增压机组的研究现状
• 1.2.3 锅炉控制方法的研究现状
• 1.2.4 国内外智能控制的研究现状
• 1.3 增压锅炉燃烧控制技术难点
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 增压锅炉燃烧系统的结构和数学建模
• 2.1 增压锅炉燃烧系统的结构
• 2.1.1 主蒸汽压力系统的结构
• 2.1.2 燃油流量系统的结构
• 2.1.3 空气流量系统的结构
• 2.2 燃烧系统主蒸汽压力的数学模型
• 2.2.1 蒸发系统的动态数学模型
• 2.2.2 炉膛系统的动态数学模型
• 2.2.3 炉膛系统的动态数学模型
• 2.3 燃油流量系统的数学模型
• 2.3.1 燃油流量的数学模型
• 2.3.2 燃油总管压力的数学模型
• 2.3.3 燃油压差的数学模型
• 2.4 空气流量系统的数学模型
• 2.4.1 压气机的数学模型
• 2.4.2 烟气轮机的数学模型
• 2.4.3 附加汽轮机的数学模型
• 2.4.4 转轴的数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 增压锅炉风、油独立系统的控制
• 3.1 燃油流量耦合系统的控制器设计
• 3.1.1 燃油流量、压差和总管压力耦合系统的控制原理
• 3.1.2 燃油流量、压差和总管压力耦合系统的控制仿真
• 3.2 空气流量系统的FUZZY-CMAC控制器设计
• 3.2.1 空气流量的FUZZY-CMAC控制器设计
• 3.2.2 GA和FUZZY-CMAC结合的空气流量控制器设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于模糊规则的风油变偏置双交叉限幅燃烧控制系统
• 4.1 变偏置双交叉限幅燃烧控制系统的基本原理
• 4.1.1 单交叉限幅燃烧控制系统
• 4.1.2 双交叉限幅燃烧控制系统
• 4.1.3 变偏置双交叉限幅燃烧控制系统
• 4.2 风油变偏置双交叉限幅燃烧控制器设计
• 4.3 基于FUZZY规则的变偏置双交叉限幅燃烧控制器设计
• 4.3.1 模糊控制器的设计
• 4.3.2 基于模糊控制的变偏置双交叉限幅燃烧控制仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 增压锅炉主蒸汽压力的非线性预测控制
• 5.1 主蒸汽压力控制系统的组成及特点
• 5.2 基于γ增量型阶梯式GPC的主蒸汽压力控制器设计
• 5.2.1 γ增量型阶梯式广义预测控制
• 5.2.2 主蒸汽压力的γ增量型阶梯式GPC的控制仿真
• 5.3 CMAC和γ增量型阶梯式广义预测结合的主蒸汽压力控制器设计
• 5.3.1 基于非线性模型的γ增量型阶梯式广义预测控制
• 5.3.2 系统参数辨识和CMAC网络预测控制
• 5.3.3 主蒸汽压力的非线性γ增量型阶梯式GPC的控制仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢