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《哈尔滨工业大学》 2008年
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船用蒸汽动力装置调节/保护多目标控制问题研究

陈炜  
【摘要】:船用的蒸汽动力装置是船舶的主要设备,在其运行过程中,负荷变化频繁、幅度大,对系统的响应性能要求高,而其中的机炉系统控制则是蒸汽动力装置控制中的一个难点。由于其具有非线性、强耦合、参数时变、大迟延等特性,采用常规的控制策略往往不能满足系统的要求。因此锅炉与汽轮机在运行过程中,特别是大变工况过程中要兼顾船舶安全性和快速性,两者的协调控制显得尤为重要。本文在分析了机炉系统动态特性模型的基础上,对其进行控制方法研究。 本文首先根据船用蒸汽动力装置复杂的气动热力过程分别建立了船舶锅炉模型和汽轮机电液控制系统非线性模型。接着进行了仿真计算,从机理上分析所得模型的正确性。由此得到的船用蒸汽动力装置非线性模型是分析机组特性、研究其控制规律、并对控制系统进行设计和仿真的基础。 其次,在现有的船舶蒸汽动力装置的控制方案的基础上,本文采用了锅炉侧采用直接能量平衡(DEB)控制方法的锅炉跟随汽轮机的控制系统。接着分析了DEB控制系统的物理规律。然后通过仿真得出船用蒸汽动力装置在大范围变工况和小范围变工况时的各个参数动态响应,最后提出了船用蒸汽动力装置在大范围变工况时的安全性和快速性之间的矛盾。 船用蒸汽动力装置运行时,工况经常大范围变化的快速响应与安全性之间的矛盾,决定船用蒸汽动力装置控制的特殊性。为此论文在结合船舶蒸汽动力装置的安全运行要求的基础上,论述了船舶蒸汽动力装置的调节/保护的基本思想,给出了船用蒸汽动力装置调节/保护的控制结构,并提出了一种基于Max/Min的切换规则并在此基础上设计PI控制器,最后分析了基于Max/Min的切换规则的存在的问题,给出了解决的方法。最后通过仿真验证了—基于切换控制的船用蒸汽动力装置调节/保护的控制方法能够较好的解决船用蒸汽动力装置工况大范围变化时的快速响应与安全性之间的矛盾。 为满足船舶在紧急工况下的安全性和快速性的统一,根据船用汽轮机的特点—存在倒车汽轮机,提出了结合正倒车汽轮机协调控制的方法,最后通过仿真计算验证了正倒车协调方法的有效性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U664.11

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【参考文献】
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