论文题目: 热力过程多变量控制系统的优化设计
论文类型: 博士论文
论文专业: 动力工程及工程热物理
作者: 薛亚丽
导师: 吕崇德
关键词: 多变量控制,热力系统,遗传算法,控制器优化
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 热力过程本质上是复杂的多变量系统,输入变量和输出变量间复杂的耦合关系使得多变量控制系统的参数优化一直是影响其投运的关键和难点,因此研究通用有效的多变量控制系统的优化方法对提高热力过程运行的经济性、安全性具有重要意义。本文利用遗传算法研究了单变量系统和多变量系统的控制优化问题,主要内容包括:1.改进了单变量控制系统的优化及评价方法。将控制器参数稳定域和鲁棒稳定域的启发性信息与遗传算法相结合,提高了单变量控制系统遗传算法优化的搜索效率。采用Mento-Carlo方法对不确定系统的控制效果进行评价,为众多控制方法的选择建立了客观的评价标准。2.提出了一种基于完整性分析的多回路控制系统优化方法。利用遗传算法和完整性理论对多回路控制系统的参数进行同时优化,获得整体最优的控制效果。研究结果表明,优化后控制效果有明显改善,且优化方法只要求目标函数可数值计算,随着系统维数的增加,优化的工作量并没有显著增加,显示了良好的适用性。3.提出了一种多目标、多扰动、多模型的多变量控制系统参数优化方法。针对控制结构确定的多变量系统,适当定义包含多目标、多扰动、多模型的目标函数,形成优化问题并通过遗传算法求解。方法广泛适于解决复杂热力过程中具有综合控制要求和约束条件的控制系统参数设计问题。4.将上述方法应用到热力过程中的典型多变量控制系统——汽轮发电机组控制系统、机炉协调控制系统和气化炉标准控制问题中。针对各个系统的特点,分别采用适合工程实现的控制器结构,定义反映控制系统综合要求的目标函数,进行控制参数的优化。研究结果表明,本文的优化方法在取得优良控制效果的同时,兼具灵活性和通用性的特点,在多变量热力过程控制优化中有广阔的应用前景。最后,论文还定量地比较了理想继电反馈与饱和继电闭环反馈辨识方法对四类典型热工对象的辨识精度,获得了饱和继电反馈辨识提高精度的定量认识。
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景
1.1.1 选题意义
1.1.2 热力过程控制系统的特点
1.2 热力系统控制方法综述
1.2.1 单变量对象的控制研究进展
1.2.2 多变量对象的控制研究进展
1.3 遗传算法在控制领域的应用
1.3.1 遗传算法的特点
1.3.2 控制系统优化的关键问题
1.4 论文工作介绍
1.5 论文的主要结果
第2章 单变量控制系统的优化设计
2.1 PID 参数稳定域和鲁棒稳定域
2.1.1 PID 参数稳定域
2.1.2 PID 参数鲁棒稳定域
2.1.3 计算稳定域和鲁棒稳定域的意义
2.2 遗传算法描述
2.2.1 遗传算法的基本框架
2.2.2 用于控制优化的遗传算法工具
2.3 基于Mento-Carlo 原理的控制系统鲁棒性能评价
2.3.1 Mento-Carlo 原理
2.3.2 系统鲁棒性能评价方法
2.4 基于遗传算法的单变量控制器优化设计
2.4.1 控制系统描述
2.4.2 设计步骤
2.5 仿真算例
2.5.1 基于稳定域的算例
2.5.2 基于鲁棒稳定域的算例
2.6 本章小结
第3章 多回路控制系统的优化设计
3.1 引言
3.2 问题描述
3.3 完整性理论和稳定域计算
3.3.1 完整性定理
3.3.2 稳定域计算
3.4 多回路优化的遗传算法描述
3.5 设计过程
3.6 实例仿真
3.6.1 2×2 模型
3.6.2 3×3 模型
3.6.3 4×4 的模型
3.7 本章小结
第4章 多变量控制系统的优化设计
4.1 引言
4.2 控制系统描述
4.3 多变量系统的控制要求
4.4 目标函数的定义
4.4.1 定义的原则
4.4.2 目标函数的计算步骤
4.5 多变量遗传算法实现
4.5.1 算法实现
4.5.2 收敛性说明
4.6 多变量PID 控制参数优化方法
4.7 本章小结
第5章 火电机组的控制系统优化
5.1 前言
5.2 汽轮发电机组控制系统的优化
5.2.1 控制器优化
5.2.2 动态性能比较
5.2.3 小结
5.3 机炉协调系统的优化
5.3.1 概述
5.3.2 协调控制系统的特性和要求
5.3.3 协调控制系统的优化
5.3.4 动态性能对比
5.3.5 小结
5.4 本章小结
第6章 气化炉的优化控制
6.1 概述
6.2 系统特性和控制要求
6.2.1 气化炉的特性
6.2.2 线性模型
6.2.3 非线性模型
6.3 多回路PI 控制器的优化
6.3.1 控制系统结构
6.3.2 目标函数的计算
6.3.3 动态测试
6.4 多变量控制系统优化
6.4.1 多变量 PI 优化设计
6.4.2 动态测试
6.5 结果分析和比较
6.6 本章小结
第7章 闭环反馈辨识分析
7.1 概述
7.2 基于饱和环节的反馈辨识
7.2.1 理想继电反馈辨识
7.2.2 饱和继电反馈辨识
7.2.3 饱和继电反馈辨识方法
7.3 辨识误差的比较分析
7.3.1 研究对象
7.3.2 仿真结果
7.3.3 结果分析
7.4 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 研究总结
8.2 需进一步开展的工作
参考文献
致谢与声明
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
发布时间: 2006-06-29
参考文献
- [1].基于内模控制理论的多变量控制系统最优设计方法研究[D]. 张伟.上海交通大学2014
- [2].发电过程控制系统的综合性能评价策略研究[D]. 孟庆伟.华北电力大学2014
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