循环流化床床温系统非线性建模及其优化控制算法

摘要

伴随着经济的迅速发展，现代社会对煤炭的需求也随之增加，同时世界各国的环保标准也在随之提高。许多新的、效率高的燃烧技术正在逐步的发展并普及。循环流化床技术是这其中的佼佼者，其具有燃烧效率高、燃料选择范围广、氮氧化物生成量低等优点。上述优势可以实现资源的高效利用以及清洁燃烧，在某些方面相对于煤粉炉技术具有很大的优势，在未来火电厂的发展中，循环流化床锅炉的应用将会更加广泛。 本文首先对循环流化床锅炉燃烧系统的结构和特性作出了分析，其主要特点包括大惯性、强耦合、非线性等，在此基础上对床温系统主要热工参数的控制方法进行了研究。作为循环流化床锅炉生产运行中的重要参数之一，床层温度控制的好坏对机组的安全性和经济性有着十分重要的影响。机理建模虽日趋完善，但用此方法建立的模型过于复杂不适合控制器的优化。因此在探讨控制策略之前，通过标准粒子群辨识算法，利用某电厂循环流化床锅炉的历史数据建立不同工况下的燃料量--床温和一次风--床温的传递函数，并对模型进行验证以确保传递函数的正确性。 撰写本文的主要目的是针对循环流化床锅炉床温系统的控制方式进行深入研究。所以在此基础上，针对床温对象的特点，依次采用模糊控制、带可调整因子的模糊控制、PID控制等方式对床温系统进行调节，并最终提出模糊自整定PID的床温控制策略，并通过与其他方法比较，验证此方法能达到预期控制效果，使机组能够稳定高效的运行。采用智能算法进行控制，不仅能够使床温控制系统的自动化水平得到提高，而且对提高能源利用率以及降低温室气体的排放有重要意义。

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第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究现状及发展动态

1.2.1 循环流化床锅炉的发展现状

1.2.2 CFB锅炉燃烧系统建模研究现状

1.2.3 CFB锅炉燃烧系统控制研究现状

1.3 本课题研究内容

第2章 循环流化床锅炉床温控制对象及其特性

2.1 循环流化床锅炉燃烧系统及其组成

2.1.1 循环流化床锅炉结构

2.1.2 循环流化床锅炉工作原理

2.2 循环流化床锅炉主要热工参数的控制

2.3 床温控制的特点及现状

2.4 本章小结

第3章 循环流化床锅炉床温控制模型的建立

3.1 试验建模的一般方法

3.2 粒子群优化算法

3.2.1 粒子群算法基本原理

3.2.2 标准粒子群算法

3.2.3 其他PSO算法参数的设定

3.3 循环流化床锅炉床温模型选取

3.3.1 影响床温系统的主要参数

3.3.2 需要建立的模型及类型

3.4 基于历史数据的传递函数的辨识

3.4.1 模型的离散化

3.4.2 数据的选取及预处理

3.4.3 模型辨识与验证

3.4.4 模型的分析

3.5 本章小结

第4章 循环流化床锅炉床温系统的控制算法研究

4.1 模糊控制在床温控制中的应用

4.1.1 模糊控制

4.1.2 带有可调整因子的模糊控制器

4.2 模糊自整定PID控制

4.2.1 模糊自整定PID控制的基本原理

4.2.2 模糊整定规则表的确定

4.2.3 计算PID参数的调整表

4.2.4 模糊自整定PID控制系统的优化设计

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 全文工作总结

5.2 展望

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢