基于廣義預測控制的船用鍋爐汽包水位控制研究.pdf

1、目前船用鍋爐的控制系統(tǒng)大多采用PID控制器組成的反饋控制系統(tǒng)。由于船用鍋爐系統(tǒng)是一個復雜的時變動態(tài)過程，有多個控制回路，具有很強的非線性、藕合、滯后、強干擾等特性，傳統(tǒng)的PID控制難以達到理想的控制效果。為進一步改善船用鍋爐控制質量，確保其安全經濟運行，本文采用廣義預測控制理論實現(xiàn)了對船用飽和蒸汽輔鍋爐汽包水位系統(tǒng)的控制。廣義預測控制理論是在實際應用中不斷發(fā)展完善的一種先進過程控制理論，已經在復雜工業(yè)過程控制中展現(xiàn)出誘人的應用前景。目前

2、，國內已經有在大型電站鍋爐系統(tǒng)中成功應用的實例。 本文首先根據(jù)船用飽和蒸汽輔鍋爐的工作原理，通過機理建模的方法，得到鍋爐汽包水位調節(jié)對象的模型，經一定的假設和簡化，得到汽包水位在不同擾動條件下的數(shù)學模型，結合模型的特性曲線，對其動態(tài)特性進行分析。然后論述了廣義預測控制理論，給出算法流程，分析了算法的特點，給出控制器參數(shù)選取原則。采用廣義預測控制器實現(xiàn)了對船用鍋爐水位控制系統(tǒng)的控制，進一步對控制器參數(shù)進行仿真分析。通過仿真分析并與

3、常規(guī)PID控制相比較，證實廣義預測控制器具有較好的魯棒性和適應性。 針對廣義預測控制算法中多次矩陣求逆而導致的計算量大、在線計算時間長、運算過程中可能出現(xiàn)病態(tài)矩陣等問題，本文在廣義預測控制算法基礎上，在船用鍋爐汽包水位控制中引入階梯式控制策略，形成階梯式廣義預測算法。論述了階梯式廣義預測控制理論，給出算法流程，分析了算法的主要特點，給出控制器主要參數(shù)確定原則，研究了階梯式廣義預測控制器的魯棒性、適應性及控制器主要參數(shù)變化對其性能

4、的影響。 仿真結果表明，本文所采用的階梯式廣義預測控制器較好地實現(xiàn)對船用鍋爐汽包水位系統(tǒng)的控制，克服了廣義預測控制計算量大、病態(tài)矩陣等弊端，具有計算量小，易于在線控制、更適于工程應用等特點。 本文嘗試性地在船用鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)中采用階梯式廣義預測控制方法，藉此來提高船用鍋爐的控制質量，具有較高的學術研究價值。 而船用鍋爐控制質量的提高，對鍋爐生產的安全性、經濟性都具有非常重要的意義。階梯式廣義預測控制所具有的