火炬长明灯的优化设计

摘要

在环保行业中，工业火炬长明灯控制系统是一个强耦合、大滞后、控制要求极高的非线性的系统。在实际生产中，工业废气排放具有很大的随机性，因此目前绝大部分火炬根本无法实现在不排放废气时关闭长明灯。此外长明灯的火焰长度必须以废气排放的最大压强为标准，这势必造成大量可燃气体的浪费。针对长明灯的火焰控制系统的诸多不足，在长明灯火焰控制器的基础上引入广义预测控制(GPC)和PID控制，用广义预测控制算法直接对PID控制器参数进行滚动优化，从而降低广义预测PID控制算法对长明灯火焰控制系统中数学模型的要求。
　　广义预测控制算法以它的滚动优化方式、对数学模型的要求低、鲁棒性强、能够明显改善系统的滞后性等优势受到了众多研究者的青睐。而在约束条件下，传统的广义预测在求解目标函数最小值时，无法直接利用求导取零的方法计算控制增量。本文将约束条件和目标函数一起作为系统优化的标准，从而得到在约束条件下目标函数的实际最小值。这样不仅简化了计算，而且也减少了利用其他智能算法求解控制增量时所浪费的时间，缩短了约束条件下广义预测的运算周期。然后将广义预测算法预测到后三步的输入、输出以及控制增量代入广义预测PID控制器中的关系式内，求解PID的控制参数。此时的PID控制器参数就会随着广义预测中的滚动优化环节不断地更新控制参数，使得广义预测PID控制器对数学模型的精度要求大大降低。显然将改进后的广义预测PID控制算法引入到长明灯系统中，可以有效提高系统的控制精度。
　　最后，用随机的波动曲线来模拟点燃随机废气所需要的火焰长度，利用Matlab仿真软件对此随机的波动曲线进行跟踪，来验证该方法在控制火炬长明灯火焰方面的可行性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．2 国内外火炬长明灯控制系统的研究现状

1．3 广义预测控制的研究现状

1．4 本文的结构和主要内容

第二章 广义预测控制算法

2．1 广义预测的基本原理

2．1．1 预测模型

2．1．2 滚动优化

2．1．3 反馈校正

2．2 广义预测的性能特点

2．2．1 广义预测控制系统的闭环传递函数

2．2．2 广义预测的内模控制的介绍

2．2．3 广义预测控制的鲁棒性分析

2．2．4 广义预测控制系统的主要参数的影响

2．3 本章小结

第三章 改进的广义预测PID控制算法

3．1 PID控制算法的基本原理

3．1．1 PID控制器中主要参数对系统的作用分析

3．1．2 PID控制器的传统参数整定

3．2 改进后广义预测PID控制

3．2．1 PID控制的控制律的整理变形

3．2．2 改进的广义预测控制约束处理

3．3 改进的广义预测PID算法的整体流程

3．4 本章小结

第四章 改进的广义预测PID算法在火炬长明灯控制的仿真与研究

4．1 火炬系统运行过程

4．2 改进的工业火炬长明灯控制过程

4．3 仿真与研究

4．4 本章小结

第五章 总结

5．1 本文完成的工作主要内容

5．2 对今后火炬长明灯控制系统的展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文