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锅炉过热器非线性系统的建模和控制系统设计与仿真应用

作　者: 闫翠会
导　师: 韩忠旭；万晖
学　校: 中国电力科学研究院
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 数学模型 非线性 状态反馈 动态特性 增量式观测器 模糊智能
分类号: TM621.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着电网的智能化发展,以及机组容量的增大,对于锅炉被控对象动态特性的研究就尤为突出,面临着对象建模和控制算法两方面的研究。建立负荷与锅炉参数之间的数学模型也是本文的主要研究工作之一。以经验性的经典传递函数为基础,探索了一种可以描述一类大惯性、大迟延和慢时变特性的非线性系统建模的方法。并以此模型为依据建立控制系统,主要学习和深入研究了适用于非线性系统的增量式函数观测器理论,在此基础上结合经典的PID控制,随着理论学习的深入,在学习广义模糊智能控制理论的基础上,将其融合到原有的增量式观测器和PID串联的控制系统中,进一步提高系统的控制目标。通过大量的仿真实验知,增加广义模糊智能策略后的系统比原来系统的控制效果有所提高。所建立的数学模型分为高阶等容系统和高阶不等容系统,利用现有的仿真平台,对系统进行组态及各种工况下的运行控制和调试,以求达到最好的控制效果,同时对系统的稳定鲁棒性进行了相关的推导和证明。通过仿真了解了模型的全工况运行情况,进而可以更深入的研究系统的动态特性,为了对系统有更深入的认识,同时对模型在不同扰因素下的响应进行仿真。更为全面的验证了本文所建立的全程非线性数学模型是合理的和正确的,并且能够较好的反应系统的动态特性,所设计的控制系统对有大滞后和大惯性的非线性系统较为适用,控制效果显著,可以满足实时仿真的要求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-16
  1.1 引言  7
  1.2 该课题的选题背景意义及研究现状  7-9
  1.3 控制理论的发展历程  9-12
  1.4 增量式函数观测器的提出及控制理论的研究现状  12-14
  1.5 论文研究的主要内容及结构安排  14-16
第二章 过热器非线性系统全程数学模型的建立  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 与模型有关的假设  16-17
  2.3 系统的非线性  17-20
  2.4 主蒸汽温度全程非线性数学模型的建立  20-23
    2.4.1 过热蒸汽温度的静态特性  20-22
    2.4.2 过热蒸汽温度的动态特性  22-23
  2.5 蒸汽温度受控对象的模型结构  23-29
    2.5.1 等容系统的全程非线性数学模型  25-27
    2.5.2 不等容系统的全程非线性数学模型  27-29
  2.6 小结  29-30
第三章 增量式函数观测器和模拟柔性模糊控制理论的提出  30-37
  3.1 引言  30
  3.2 问题描述及增量式函数观测器的数学定义  30-32
    3.2.1 问题的提出  30-31
    3.2.2 增量式函数观测器的定义  31-32
  3.3 增量式函数观测器成立的充要条件  32-33
  3.4 模拟柔性模糊智能控制理论的概念  33-36
  3.5 小结  36-37
第四章 控制系统的设计及相关分析  37-50
  4.1 引言  37
  4.2 有关Sylvester矩阵方程的知识  37-38
  4.3 控制系统的设计及稳定性分析  38-47
  4.4 仿真实验与工程案例  47-49
  4.5 小结  49-50
第五章 仿真实验及其结果分析  50-71
  5.1 引言  50
  5.2 出口温度为滑温变化时的仿真实验  50-58
    5.2.1 含观测器的控制系统中滑温等容系统的应用  52-55
    5.2.2 含观测器的控制系统在滑温不等容系统的应用  55-58
  5.3 出口温度恒定应用智能控制策略的仿真实验  58-63
    5.3.1 应用状态反馈控制系统的高阶等容系统的仿真实验  58-61
    5.3.2 应用智能控制系统的高阶等容系统的仿真实验  61-63
  5.4 高阶不等容系统的仿真实验  63-66
  5.5 针对控制系统增加不同扰动的仿真实验  66-70
    5.5.1 阀门开度变化的扰动实验  66-67
    5.5.2 蒸汽量变化的扰动实验  67-69
    5.5.3 出口温度设定值变化的扰动实验  69-70
  5.6 小结  70-71
第六章 结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 未来工作与展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间参与的科研项目与发表的学术论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 发电厂 > 火力发电厂、热电站 > 锅炉及燃烧系统
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