子空间预测控制及其在CFB锅炉燃烧系统的研究

论文摘要

循环流化床(CFB)燃烧技术是一种高效清洁的煤燃烧技术,运行情况表明,CFB锅炉对煤种的适应性强,燃烧效率高、强度大,负荷调节性能好,投资及运行费用低,对环境污染小。然而,CFB锅炉燃烧系统是一个分布参数、多变量紧密耦合、时变的控制对象,其结构十分复杂,常规锅炉的控制方案无法再CFB锅炉上取得很好的控制效果,因此实现其燃烧系统的自动控制是当前的一个重要课题。因此,本文从以上问题出发,对CFB锅炉燃烧系统进行了控制仿真研究,主要完成了以下几方面的研究工作:简要介绍了CFB锅炉的原理、发展现状及其动态特性,系统地总结了国内外循环流化床锅炉先进控制的研究及应用情况。从CFB锅炉的燃烧机理及经验出发,建立了其燃烧系统的模型,详细地分析了CFB锅炉燃烧系统的特征。并通过提出进一步的假设,对燃烧系统进行了简化,建立了以一次风量和燃料量为系统输入,主蒸汽压力和床温为系统输出的控制模型。简要地介绍了子空间辨识的产生、发展现状及面临的困难,扼要地介绍了广义预测控制的基本算法的提出、优点及不足之处,并从这两个方面出发推出了子空间预测控制的概念及其基本算法,并提出了具有比例结构的子空间预测控制算法。通过一个简单的二输入二输出被控对象进行了算法的仿真比较,仿真结果表明了具有比例结构的子空间预测控制算法的优越性。最后,根据文献资料对CFB锅炉燃烧系统进行了子空间算法系统辨识,并与经验模型进行了比较,结果证明了子空间辨识的有效性,并在此基础上设计了床温、主蒸汽压力的子空间预测控制系统,从仿真结果可以看到控制输出不仅做到了符合床温和主蒸汽压力负荷控制要求,并且保证了一次风量的稳定,具有一定的鲁棒性和抗干扰性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外循环流化床技术的发展及存在的问题
• 1.2 子空间预测控制产生及发展现状
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 循环流化床锅炉燃烧系统
• 2.1 循环流化床锅炉的特点
• 2.2 循环流化床锅炉工艺简介
• 2.2.1 循环流化床锅炉主要结构
• 2.2.2 循环流化床锅炉工艺过程
• 2.3 循环流化床锅炉燃烧控制系统
• 2.3.1 循环流化床锅炉燃烧系统控制任务
• 2.3.2 循环流化床锅炉燃烧控制特点
• 2.3.3 循环流化床锅炉燃烧系统的控制研究
• 2.4 循环流化床锅炉燃烧系统的控制研究发展现状
• 2.5 本章小结
• 第3章 子空间预测控制
• 3.1 预备知识
• 3.1.1 子空间辨识基础
• 3.1.2 广义预测控制基本算法
• 3.2 子空间预测控制基本算法
• 3.3 具有PI结构的子空间预测控制
• 3.4 改进后的算法分析比较
• 3.4.1 改进算法的参数分析
• 3.4.2 改进算法与基本算法的仿真比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 CFB锅炉燃烧系统子空间预测控制仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 CFB锅炉燃烧系统的数据采集及处理
• 4.2.1 数据的采集
• 4.2.2 数据清洗
• 4.3 CFB锅炉燃烧系统的模型
• 4.3.1 循环流化床锅炉的经验模型
• 4.3.2 子空间辨识循环流化床模型
• 4.4 CFB锅炉燃烧系统的仿真
• 4.4.1 PID控制
• 4.4.2 具有PI结构的子空间预测控制
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢