三废锅炉智能控制系统的研究与应用

三废锅炉论文 自适应滑模控制论文 非线性干扰观测器论文 模糊干扰观测器论文 最小二乘支持向量机预测控
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三废锅炉技术是近些年来在国内发展应用起来的一种新型、节能、环保、高效、低污染的清洁燃烧技术,是国家循环经济所支持的节能环保项目。它将生产过程中产生的工艺废气(吹风气、放空气等)、废渣(造气炉渣等)、除尘器细灰等掺入部分煤矸石在三废流化混燃炉内燃烧,达到制取高位热能蒸汽的目的,产生的中压蒸汽经背压可发电,背压后的低压蒸汽可供生产使用,混燃炉渣则可以作为生产高档水泥的原料。对于使用锅炉的高耗能高污染行业,我们必须尽可能地节能减排,才符合国家低碳经济、可持续发展战略,而要想实现节能减排,先进技术和控制系统是关键。本文首先对三废锅炉工艺流程进行了较为详实的分析,主要介绍了三废锅炉的工作过程及节能原理,分析了三废锅炉控制系统中存在的问题。针对三废锅炉控制系统存在的问题,本文采用滑模控制和预测控制的方法用于三废锅炉的建模与控制优化,并在实践上,给出了三废锅炉的整个控制工艺设计,实际应用效果表明该工艺设计及控制系统具备良好的推广价值和应用前景。主要工作和创新点如下:1.考虑一类受扰非线性系统,设计了非线性干扰观测器在线逼近外部干扰,并分析了非线性干扰观测器参数的选择方法,证明了其收敛特性;针对输入不确定的情况设计了基于非线性干扰观测器自适应滑模控制,并对其性能进行了分析。通过一个倒立摆的数值仿真验证了所设计方法的有效性;针对三废锅炉的床温控制系统,设计了基于干扰观测器的自适应滑模控制方案,采用Lyapunov方法严格证明了闭环系统的稳定性,对闭环系统进行数值仿真,结果表明该方法收敛速度快,鲁棒性强,能够满足控制需求。2.基于模糊干扰观测器设计了SISO非线性不确定系统的自适应滑模控制,详细分析了动态观测系统和闭环系统的性能,证明了闭环信号的有界性;并将结论推广,针对MIMO非线性不确定系统,设计了自适应滑模控制,在参数自适应中引入了动态干扰观测误差和切换函数,严格证明了闭环系统各信号的有界性。以三废锅炉主蒸汽温度控制为对象,设计了基于模糊干扰观测器的自适应滑模控制,在所有干扰未知的情况下,实现了温度的跟踪控制,仿真结果表明该方法控制效果良好。3.将LS-SVM作为预测模型应用于三废锅炉汽包水位预测控制,进一步对其进行反馈校正控制、滚动优化。有效地解决了三废锅炉汽包水位预测在线滚动优化和非线性系统建模方面的困难。通过仿真实验结果,验证了该方法的有效性。4.对玉溪银河化工厂的55t/h三废锅炉控制系统进行总体设计;进而对控制系统的具体设计做了详细描述;再以三废锅炉汽包水位自动控制系统为例采用PID算法进行了设计与实现,最终给出了系统的运行实现界面。通过实际系统的运行结果表明,本文设计的三废锅炉控制效果良好,节能效果明显。作者将在进一步的研究中,把本论文的理论研究成果和实际相结合,进一步提高和改进控制系统性能和节能效果。
摘要第3-5页
Abstract第5-6页
目录第7-10页
第一章 绪论第10-26页
    1.1 引言第10-15页
        1.1.1 选题的意义及背景第10-11页
        1.1.2 三废锅炉概述第11-14页
        1.1.3 三废锅炉的控制问题第14-15页
    1.2 滑模控制的研究现状第15-18页
    1.3 预测控制的研究现状第18-23页
        1.3.1 预测控制在锅炉建模与控制中的研究现状第18-21页
        1.3.2 基于最小二乘支持向量机的预测控制研究现状第21-23页
    1.4 本文的主要研究内容及主要创新点第23-26页
        1.4.1 本文的主要研究内容第23-24页
        1.4.2 本文的主要创新点第24-26页
第二章 三废锅炉系统分析第26-38页
    2.1 引言第26页
    2.2 三废锅炉工艺分析第26-29页
    2.3 三废锅炉工作过程第29-31页
        2.3.1 空气的流动过程第29-30页
        2.3.2 混合燃料的燃烧过程第30页
        2.3.3 烟气的传热过程第30-31页
        2.3.4 水的汽化过程第31页
    2.4 三废锅炉的控制系统分析第31-37页
        2.4.1 燃料控制系统第32页
        2.4.2 送风量控制系统第32页
        2.4.3 床温控制系统第32-33页
        2.4.4 炉膛压力控制系统第33页
        2.4.5 床压控制系统第33-34页
        2.4.6 底渣控制系统第34页
        2.4.7 二氧化硫控制系统第34-35页
        2.4.8 烟温控制系统第35页
        2.4.9 主蒸汽温度控制系统第35页
        2.4.10 汽包水位控制系统第35-37页
    2.5 小结第37-38页
第三章 基于非线性干扰观测器的三废锅炉床温自适应滑模控制研究第38-57页
    3.1 引言第38-40页
    3.2 滑模控制第40-42页
    3.3 一类非线性系统的自适应滑模控制设计第42-47页
    3.4 输入不确定系统的自适应滑模控制第47-49页
    3.5 仿真研究第49-56页
        3.5.1 数值仿真第49-52页
        3.5.2 三废锅炉床温控制系统仿真第52-56页
    3.6 小结第56-57页
第四章 基于模糊干扰观测器的三废锅炉主蒸汽温度自适应滑模控制研究第57-82页
    4.1 引言第57-58页
    4.2 模糊干扰观测器设计第58-67页
    4.3 SISO系统的自适应滑模控制设计第67-69页
    4.4 MIMO系统的自适应滑模控制设计第69-73页
    4.5 仿真研究第73-81页
        4.5.1 模糊干扰观测器与非线性干扰观测器的比较第73-77页
        4.5.2 三废锅炉主蒸汽温度控制系统仿真第77-81页
    4.6 小结第81-82页
第五章 基于LS-SVM的三废锅炉汽包水位预测控制系统第82-95页
    5.1 三废锅炉汽包水位控制第82-83页
    5.2 基于LS-SVM的预测控制第83-88页
        5.2.1 预测控制在锅炉控制系统的应用第83-86页
        5.2.2 基于LS-SVM的锅炉预测控制算法第86-88页
    5.3 最小二乘支持向量机预测模型第88-90页
    5.4 基于LS-SVM逆系统的预测控制第90-92页
    5.5 三废锅炉水位预测控制系统设计与仿真第92-94页
    5.6 小结第94-95页
第六章 玉溪银河化工三废锅炉管控一体化系统的设计与研究第95-108页
    6.1 管控一体化系统总体架构第95-96页
    6.2 系统的具体设计第96-99页
        6.2.1 三废锅炉控制系统的具体结构第96-97页
        6.2.2 三废锅炉管控一体化系统功能设计第97-98页
        6.2.3 设备的选择第98-99页
    6.3 三废锅炉汽包水位自动控制系统的设计与实现第99-103页
        6.3.1 锅炉汽包水位自动控制系统的分析第99-101页
        6.3.2 汽包锅炉液位PID控制系统的设计第101-103页
    6.4 三废锅炉控制系统的实现第103-106页
    6.5 系统运行结果分析第106-107页
    6.6 小结第107-108页
第七章 总结与展望第108-110页
    7.1 全文总结第108-109页
    7.2 未来工作展望第109-110页
致谢第110-111页
参考文献第111-119页
附录A (攻读博士期间的科研成果)第119页
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