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循环流化床锅炉燃烧系统建模与控制系统研究

马强  
【摘要】: 循环流化床(CFB)锅炉具有燃料适应性广和减少有害气体排放等优点,因此被广泛应用于火电厂及热电厂。但由于其燃烧系统具有大滞后、强耦合、大惯性、非线性和多扰动等特性,常规控制方案很难实现有效控制。本论文针对循环流化床锅炉的燃烧系统的特性进行了建模与控制的研究,主要工作和成果主要有以下五点。 1)本文通过对国产75t/h循环流化床锅炉燃烧系统特性的深入研究,对燃烧系统中相互关联的诸多因素进行了分析,并在此基础上对国产的75t/h循环流化床锅炉进行了系统的现场实验建模。通过现场阶跃扰动实验,采集所需对象参数,采用直接辨识算法,建立了给煤量、一次风、二次风对床温和主汽压的对象模型。通过对模型和现场运行数据的分析,提出了将二次风和炉膛出口温度引入实际控制系统时的改进方法。 2)自抗扰控制器(ADRC)是解决具有大滞后、强耦合和多扰动等控制问题的有力工具,但是控制器设计上具有参数整定困难的问题。本文针对这个问题,提出了一种具有通用性的综合整定算法。将非线性扩张状态观测器(ESO)的参数整定问题转化为多目标优化问题,采用多目标优化算法NSGA-Ⅱ对扩张状态观测器的参数进行了优化,并采用基于模糊理论的择优算法在pareto解中确定扩张状态观测器的整定后参数。对非线性反馈(NLF)的参数整定是在整定好扩张状态观测器和跟踪微分器(TD)的基础上,采用最小二乘法进行的。很多仿真实例证明,该整定算法具有一定的通用性。 3)针对循环流化床锅炉主汽温对象的特点,设计了ADRC-PI控制器,并采用综合整定算法对控制器进行了参数整定。仿真证明了控制器的抗干扰性和模型适应性以及整定算法的有效性。 4)基于对循环流化床锅炉燃烧系统特性的分析,针对其本身所具有的大滞后、大惯性、强耦合的控制特性,研究了大时滞系统和多变量系统的自抗扰控制器的应用。在此基础上建立了循环流化床锅炉燃烧系统的自抗扰控制器,并采用综合整定算法对控制器进行了整定。仿真效果表明,该控制系统表现了良好的控制性能。 5)对循环流化床锅炉燃烧系统的混杂特性进行了分析,提出了系统中的逻辑输入和非连续状态是进行系统特性分析和设计控制系统时需要考虑的重要因素。根据对现场运行数据的分析,确定给煤线断煤是运行过程中一种发生频率较多的工况,将正常运行的给煤线数目和负荷作为非连续参数引入模型,对模型进行了基于DHA框架下的混杂系统分析,并利用HYSDEL语言建立了MLD模型。之后采用基于MLD模型的模型预测控制(MPC)算法设计了床温的控制器,仿真结果证明了其有效性。


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