循环流化床锅炉燃烧系统的无模型自适应控制研究

摘要

循环流化床燃烧技术是近二十年发展起来的清洁燃烧技术,具有燃料适应性广、燃烧效率高等特点,在发电行业有广阔的应用前景。循环流化床锅炉(CFBB)是一个分布参数、时变、非线性、多变量耦合和大滞后的复杂系统,常规方法难以建立精确的数学模型,很多对普通锅炉行之有效的控制方法很难达到理想的控制效果,循环流化床锅炉的自动控制已经成为推广这一先进燃烧技术的主要障碍之一。
　　本文采用无模型自适应控制(MFAC)算法,为解决这一问题提供了新的方法。无模型自适应控制具有不依赖于对象精确数学模型以及良好的抗干扰、解耦性、鲁棒性,因此,以上问题出发,本文对循环流化床锅炉燃烧系统控制做了研究。主要内容如下:首先,简要介绍了循环流化床锅炉的原理、发展现状及其动态特性,系统地总结了国内外循环流化床锅炉先进控制的研究及应用情况。深入研究了解了循环流化床锅炉的结构和工艺流程,在此基础上总结了循环流化床锅炉燃烧系统的动态特性和基本控制量。
　　然后,详细讨论了基于范模型的无模型自适应控制器的结构形式和算法实现,结合典型大惯性、纯时滞、变结构系统进行仿真研究,针对存在的不足,引入模糊控制规则,提出了模糊无模型自适应控制器设计规则,通过仿真研究表明,本文设计的模糊无模型自适应控制器,具有鲁棒性能好、抗干扰能力强以及适应性强等优点。最后,针对循环流化床锅炉燃烧控制系统,采用模糊无模型自适应控制器分别对床温和主蒸汽压力进行控制,仿真研究表明模糊无模型自适应控制器对对象特性变化有很好的适应性。在此基础上,设计了床温、主蒸汽压力协调控制系统,仿真结果表明,在模型不确定、变工况和变量强耦合情况下,该系统具有良好的控制性能,而且尽量保证了一次风量的稳定,证明了该系统的可行性和有效性。最后是对全文的总结及个人的一点展望。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 循环流化床锅炉原理及特点

1.2.1 循环流化床锅炉工艺简介

1.2.2 循环流化床锅炉的优点

1.3 循环流化床锅炉的发展概况

1.3.1 国外循环流化床锅炉的发展

1.3.2 国内循环流化床锅炉的发展

1.4 循环流化床锅炉控制现状

1.5 无模型控制发展的背景

1.5.1 无模型控制的定义

1.5.2 无模型控制方法的意义

1.6 本文研究内容

第二章 循环流化床锅炉燃烧系统动态特性

2.1 循环流化床锅炉工艺流程

2.2 循环流化床锅炉控制难点

2.3 主蒸汽压力被控对象动态特性

2.3.1 主气压控制特点

2.3.2 主气压动态特性

2.4 炉床温度控制系统

2.4.1 控制炉床温度的意义

2.4.2 一次风量对床温的影响

2.4.3 给煤量对床温的影响

2.5 本章小结

第三章 无模型自适应控制算法研究

3.1 无模型控制理论概述

3.2 泛模型的定义

3.3 MFAC控制律与特征参量辨识

3.3.1 控制律的导出

3.3.2 伪偏导数估计算法

3.4 无模型自适应控制方案

3.5 无模型自适应控制一般形式的收敛性证明

3.5.1 基本引理

3.5.2 主要结果

3.6 仿真实验

3.6.1 离散时间SISO非线性系统的无模型自适应控制

3.6.2 参数时变、相位时变非线性系统的无模型自适应控制

3.7 模糊无模型自适应控制

3.7.1 模糊无模型自适应控制算法研究

3.7.2 仿真实验

3.8 本章小结

第四章 循环流化床锅炉燃烧系统仿真控制研究

4.1 引言

4.2 仿真对象介绍

4.3 循环流化床锅炉床温模糊无模型自适应控制

4.3.1 燃料-床温控制系统

4.3.2 一次风-床温控制系统

4.4 循环流化床锅炉主蒸汽压力无模型自适应控制

4.5 循环流化床锅炉床温、主蒸汽压力协调控制

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

致谢

参考文献

附录: 攻读硕士学位期间完成的学术论文