电厂热工系统建模与先进智能控制的应用研究

摘要

针对电厂复杂热工系统的控制与建模问题,在分析和综述了其研究现状和主要研究方向的基础上,对以下问题进行了应用研究.首先,充分考虑大多数复杂热工控制对象非线性特性与运行工况密切相关的实际特点,基于工况分解的多模型建模思路,提出了一种面向控制的非线性过程建模方法.将该方法应用于某电厂300MW机组锅炉过热汽温对象,实际考核结果表明采用提出的方法建立的模型,即使在运行工况大范围变化时也具有满意的动态预测效果,验证了提出的方法的有效性.第二,将解耦控制、参数自适应自整定与模糊推理等智能控制技术结合起来,提出了基于智能解耦的大型燃煤机组复杂热工过程协调控制系统分层设计方法,采用I/A Series DCS成功地将上述方法应用于某电厂300MW机组,明显改善了控制系统适应工况变化的能力,取得了比较满意的控制效果和显著的经济效益.基于继电反馈自整定技术,提出了大型燃煤机组协调控制系统多变量PID控制器的自整定方法,这种设计方法与已有的设计方法相比较,对控制对象的先验知识和模型的要求低,物理概念清晰,因此便于在工程上应用.仿真研究表明采用这种方法设计的协调控制系统具有良好的控制品质.第三,为提高大型火电机组过热蒸汽温度串级控制的性能,通过使PID线性控制器和模糊控制器并行结合,提出一种基于模糊切换的模糊复合控制器设计方法,其中模糊控制器的比例因子的初始整定可用PID控制器的整定参数获得,为模糊控制器提供了一种系统化设计方法,在某电厂300MW机组实际应用的结果表明,采用该方法设计的过热蒸汽温度控制系统具有更强的适应能力和良好的控制效果.第四,针对热电厂机组锅炉汽包水位非自衡系统,研究了典型非自衡对象的动态矩阵控制(DMC)预测控制算法,分析了原有算法不能适用于该类对象的原因,通过改变经典DMC算法的移位阵,扩展了DMC算法的适用范围.该算法较之已有的针对非自衡对象的算法具有更强的实用性,仿真结果及在热电厂锅炉汽包水位系统上的应用验证了算法的有效性.最后,针对常规Smith预估控制系统难于整定和对过程参数敏感的缺点,将模糊自校正与继电反馈自整定技术结合起来,提出了一种改进的Smith预估控制系统.以热电厂锅炉复杂对象为背景进行的大量仿真研究表明,这种新的系统与常规系统相比可显著改善控制性能和适应能力.并且这种新的系统不仅对纯迟延占优势的大迟延对象有效,而且还适用于过程控制中大量存在的具有类似于纯迟延占优势对象特性的高阶对象和非最小相位过程.

目录

文摘

英文文摘

第一章火电机组复杂热工系统控制与建模应用研究发展与展望

1.1引言

1.2火电机组的控制目标和控制问题的复杂性

1.3火电机组建模与控制研究和应用状况

1.3.1单元机组常规整体控制系统的应用现状分析与存在的问题

1.3.2火电机组先进控制方法与应用研究现状

1.3.3智能控制方法与应用研究现状

1.3.4复合(混合)型智能控制方法

1.3.5火电机组建模研究状况

1.4火电机组复杂热工控制与建模展望

1.5本文的主要研究内容

参考文献

第二章基于工况分解的热工过程非线性控制模型建立方法及应用

2.1引言

2.2基于工况分解的面向控制的非线性过程建模方法

2.3应用实例

2.4 小结

参考文献

第三章大型燃煤机组主汽压力与电功率的智能解耦控制方法

3.1引言

3.2常规控制方法分析和改进设计需要考虑的问题

3.3基于解耦控制的机炉协调控制方法

3.4基于智能解耦的机炉协调控制方法

3.5控制方法的设计步骤小结

3.6应用买例

3.7本章小结

参考文献

第四章协调控制系统多变量PID控制器的自整定方法

4.1引言

4.2燃煤大型火电机组协调控制对象模型

4.3协调控制系统的控制方案

4.4多变量PID反馈控制器的自整定

4.5 PD前馈补偿器参数的自整定方法

4.6仿真计算实例

4.7 小结

参考文献

第五章一种基于模糊切换的模糊复合控制器及其应用

5.1引言

5.2模糊-PID复合控制系统的设计方法

5.3应用实例

5.4本章小结

参考文献

第六章热电厂锅炉汽包水位非自衡系统的预测控制

6.1引言

6.2动态矩阵控制(DMC)的一般算法

6.3改进的DMC算法的原理

6.4锅炉应用实例

6.5小结

参考文献

第七章基于自整定和模糊自校正技术的改进Smith预估控制系统

7.1引言

7.2改进的Smith预估控制系统

7.3设计实例与仿真研究

7.4本章小结

参考文献

致谢

作者在攻读博士学位期间发表的论文

作者在博士后研究工作期间发表的论文

作者在博士后工作期间从事的科研课题

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