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基于模糊解耦的燃煤蒸汽锅炉燃烧控制的仿真研究

作　者: 许乐
导　师: 王庆超
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 燃烧控制 解耦控制 模糊控制 模糊解耦
分类号: TK223.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


世界能源的分布是很不均衡的,能源问题是大多数国家无法回避的问题。就现在和往后比较长的一段时间,煤炭作为我国的主要能源不会改变。燃煤蒸汽锅炉的使用还是相当广泛的,为很多行业提供热能。锅炉燃烧过程是一个相当复杂的过程,涉及很多参数,很多回路,动作速度较慢,而且存在参数时变,典型的难控过程。长期以来,对锅炉燃烧过程的控制常采用相互独立的闭环PID控制策略,在控制过程中对回路之间的耦合现象大都忽略,但是各回路间的耦合现象客观存在。由于无法彻底消除回路间的耦合,所以难以得到理想的控制效果,严重时甚至无法正常工作。本文以20t /h燃煤蒸汽锅炉为研究对象,首先介绍了燃煤蒸汽锅炉的工艺和锅炉燃烧自动控制系统的主要任务,分析了燃烧过程的机理模型,燃烧过程的机理模型非常复杂,要实现仿真非常困难。所以接着分别对其蒸汽压力控制回路、烟气含氧量控制回路和炉膛负压控制回路进行了系统分析,重点分析了各个回路之间的耦合关系,在此基础上采用阶跃响应法辨识出各个通道的模型。最后先运用传统的解耦方法对系统进行解耦,取得了不错的效果。由于锅炉燃烧系统是一个时变系统,系统参数会随工况变化会而发生改变,所以又将模糊理论与解耦理论相结合,设计了模糊解耦控制器,并在matlab/simulink环境下对解耦控制过程进行了仿真。将模糊解耦与传统解耦比较,结果显示在改变系统对象参数的情况下,采用模糊解耦时输出可以一直保持较快的响应速度,较小的超调量和稳态误差;采用传统解耦时输出动态响应不好,甚至不可控。所以模糊解耦有更好的适应性和鲁棒性,也证明了本文采用的模糊解耦方法的价值。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题研究的背景  8-9
  1.2 燃煤蒸汽锅炉燃烧控制的国内外发展历史和现状  9-11
    1.2.1 燃煤蒸汽锅炉燃烧控制发展历史  9-10
    1.2.2 国内研究现状  10
    1.2.3 国外研究现状  10-11
  1.3 模糊解耦研究现状  11-12
  1.4 本文的主要研究内容  12-14
第2章 燃煤蒸汽锅炉燃烧过程介绍及模型建立  14-35
  2.1 燃煤蒸汽链条锅炉的结构简介  14-15
  2.2 燃煤蒸汽锅炉工作的工艺流程简介  15-16
  2.3 锅炉燃烧过程控制的任务  16
  2.4 燃煤锅炉燃烧控制各个控制任务的实现手段  16-20
  2.5 各个控制回路被控对象动态过程分析和建模  20-27
    2.5.1 燃煤链条锅炉燃烧的动态机理模型[50]  20-23
    2.5.2 蒸汽压力控制回路特性分析  23-25
    2.5.3 烟气含氧量控制回路特性分析  25-26
    2.5.4 炉膛负压控制回路特性分析  26-27
  2.6 给煤炉排风机的变频调速控制  27-30
    2.6.1 给煤量的控制  27-28
    2.6.2 送风量引风量的控制  28-30
  2.7 系统过程辨识  30-33
    2.7.1 辨识原理  30-31
    2.7.2 辨识方法  31-33
  2.8 本章小结  33-35
第3章 解耦控制和模糊控制理论  35-44
  3.1 解耦控制的简介  35-41
    3.1.1 耦合性的衡量手段  35-37
    3.1.2 解耦的常规方法  37
    3.1.3 解耦控制器设计方法  37-41
  3.2 模糊解耦控制器  41-43
    3.2.1 模糊控制器简介  42-43
    3.2.2 模糊解耦的思想  43
  3.3 本章小结  43-44
第4章 燃煤锅炉燃烧控制系统的仿真分析  44-62
  4.1 引言  44
  4.2 仿真对象简述  44-46
  4.3 系统传统解耦  46-50
    4.3.1 蒸汽压力回路和烟气含氧量回路解耦分析  47-49
    4.3.2 烟气含氧量回路与炉膛负压回路解耦分析  49-50
  4.4 系统模糊解耦  50-60
    4.4.1 蒸汽压力回路和烟气含氧量回路模糊解耦  50-54
    4.4.2 烟气含氧量回路和炉膛负压回路模糊解耦  54-59
    4.4.3 模糊解耦后系统的响应曲线  59-60
  4.5 传统解耦和模糊解耦对比  60-61
  4.6 本章小结  61-62
结论  62-63
参考文献  63-68
致谢  68-69
个人简历  69

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 蒸汽动力工程 > 蒸汽锅炉 > 锅炉构造 > 锅炉的自动调节及控制装置
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