模糊鲁棒控制在循环流化床锅炉控制中的应用研究

论文摘要

循环流化床（Circulating Fluidized Bed简称CFB）燃烧技术是近年来在国际上发展起来的。该技术以其高效（High Efficiency）、低污染（Low Environmental Pollution）、良好的经济性（Economic）成为引人注目的能源“三E”利用技术,使它在锅炉上得以广泛应用。循环流化床锅炉的诸多优点和它的迅速发展对其运行自动化提出了很高的要求。虽然循环流化床锅炉在工艺具有良好的先进性,但它的燃烧过程具有高度的非线性、不确定性、大滞后和多变量耦合严重等复杂特性,目前对其燃烧机理的研究不太成熟,还没有能用于实时控制的完善的模型。因此,作为循环流化床锅炉的燃烧控制中的一个重要参数—床温,其自动化水平一直无法得到有效提高。本文以循环流化床锅炉的燃烧系统为研究对象,对燃烧系统的控制问题进行了深入研究。1)针对燃烧系统具有时变性、不确定性并存在耦合等特点,提出串联解耦和鲁棒调节器相结合的控制方案。该方案通过串联解耦减弱了燃烧系统的耦合强度,并在解耦的基础上,设计鲁棒调节器,提高了系统的稳定性和鲁棒性能。2)根据燃烧系统的特点建立T-S模糊模型,并把基于LMI的H∞鲁棒控制算法应用于T-S模糊模型进行仿真研究。T-S模糊模型是一种基于模糊规则的非线性系统模糊模型,它以局部线性化为基础,通过模糊推理方法实现全局的非线性,利用T-S模糊模型可以有效地建立燃烧系统的动态模型,进而以LMI为优化工具,设计状态反馈H∞控制器,并进行仿真研究。由仿真结果可以看出,所设计的控制器可以有效的实现对被控系统的控制,使闭环系统具有较好的抗干扰能力和适应性,并对实际燃烧系统的控制系统的设计有一定的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义和应用前景
• 1.2 循环流化床锅炉的特点及发展现状
• 1.3 循环流化床锅炉的自动控制研究现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 循环流化床锅炉的基本原理
• 2.1 循环流化床锅炉的工艺简介
• 2.2 循环流化床锅炉燃烧过程的控制要求
• 2.2.1 循环流化床锅炉燃烧控制任务
• 2.2.2 循环流化床锅炉燃烧控制特点
• 2.3 循环流化床锅炉的控制特点
• 2.3.1 给煤量控制
• 2.3.2 石灰石量控制
• 2.3.3 风量控制
• 2.3.4 床温和主蒸汽压力控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 循环流化床锅炉燃烧系统的动态特性分析
• 3.1 循环流化床锅炉燃烧系统的特点
• 3.2 汽压被控对象的动态特性分析
• 3.2.1 给煤量扰动下汽压的动态特性分析（内扰）
• 3.2.2 汽轮机调门开度改变时汽压的动态特性分析（外扰）
• 3.3 床温被控对象的动态特性分析
• 3.3.1 给煤量扰动下床温的动态特性分析
• 3.3.2 空气量扰动下床温的动态特性分析
• 3.3.3 物料循环量扰动下床温的动态特性分析
• 3.4 结论
• 3.5 本章小结
• 第4章 循环流化床锅炉燃烧系统解耦方法的分析研究
• 4.1 循环流化床锅炉的变量耦合关系
• 4.2 多变量控制系统的描述
• 4.3 模糊控制器的设计
• 4.3.1 模糊控制的产生背景与发展概况
• 4.3.2 模糊控制器的设计
• 4.4 床温-主汽压控制系统解耦方法的研究
• 4.4.1 静态解耦
• 4.4.2 动态解耦
• 4.5 本章小结
• 第5章 循环流化床锅炉燃烧控制系统的仿真研究
• 5.1 Mamdani 模糊模型和T-S 模糊模型
• 5.1.1 Mamdani 模糊模型
• 5.1.2 T-S 模糊模型
• 5.2 鲁棒控制
• ∞理论概述和H_∞标准问题'>5.2.1 H_∞理论概述和H_∞标准问题
• ∞性能分析'>5.2.2 连续时间系统的H_∞性能分析
• ∞控制方法'>5.2.3 状态反馈H_∞控制方法
• 5.3 鲁棒调节器设计
• 5.3.1 解耦控制器的设计
• 5.3.2 床温控制系统鲁棒调节器的设计
• 5.3.3 主汽压控制系统模糊控制器的设计
• 5.3.4 鲁棒控制器的仿真及分析
• ∞控制器的设计'>5.4 状态反馈H_∞控制器的设计
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢