【碩士論文】復(fù)雜熱工系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化研究.pdf

《【碩士論文】復(fù)雜熱工系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化研究.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、山東大學(xué)博士學(xué)位論文摘要本文以火電廠復(fù)雜熱工系統(tǒng)為研究對(duì)象，圍繞復(fù)雜工業(yè)過程的控制與優(yōu)化研究的熱點(diǎn)問題，進(jìn)行了下面兩個(gè)部分的研究：一是預(yù)測PID控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性研究，內(nèi)容涉及到針對(duì)由一階加純滯后對(duì)象、二階加純滯后對(duì)象及非最小相位系統(tǒng)和預(yù)測PID控制器組成的系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性分析，給出了系統(tǒng)保持穩(wěn)定的最大過程參數(shù)區(qū)間。并驗(yàn)證了在大滯后情況下，系統(tǒng)均能保持穩(wěn)定，為DCS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一定的指導(dǎo)作用；二是監(jiān)控層優(yōu)化設(shè)定問題的討論，內(nèi)容涉及到兩層控制器的設(shè)計(jì)和設(shè)定點(diǎn)的優(yōu)化研究。工業(yè)自動(dòng)化己進(jìn)入計(jì)算機(jī)時(shí)代，進(jìn)入了所謂的計(jì)算機(jī)集成過程系統(tǒng)(Comp

2、uterIntegratedProcessesSystem，簡稱CIPS)的時(shí)代，過程系統(tǒng)自動(dòng)化的范圍已經(jīng)有了很大擴(kuò)展，即從設(shè)備的基本控制、先進(jìn)控制擴(kuò)展到監(jiān)督控制、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度、信息管理與經(jīng)營決策。無論從學(xué)科的發(fā)展，還是從國民經(jīng)濟(jì)的迫切需要來看，自動(dòng)化當(dāng)前的任務(wù)已經(jīng)從單機(jī)自動(dòng)化孤島的模式轉(zhuǎn)向多層次、多模式、多視圖的綜合集成自動(dòng)化模式，這是一種全新的哲理與概念。本論文在廣泛查閱各類文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，分別從上述兩方面開展工作，符合當(dāng)前控制領(lǐng)域的研究方向，是該領(lǐng)域當(dāng)前研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。論文的主要內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)包括：1、實(shí)際的熱工過程總是存在于不確定

3、的環(huán)境之中，總會(huì)受到預(yù)先未知的各種不確定性的影響，模型和被控對(duì)象之間也不可避免地存在著模型失配的情況。基于模型設(shè)計(jì)的最優(yōu)控制應(yīng)用于實(shí)際對(duì)象可能導(dǎo)致系統(tǒng)的性能變差，因此有必要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行魯棒穩(wěn)定性的研究。在參數(shù)不確定的情況下，到目前為止，還沒有一種較好的方法來分析這種由被控對(duì)象和預(yù)測PID控制器組成的系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。文中運(yùn)用了雙線性變換，將離散的特征多項(xiàng)式轉(zhuǎn)化成連續(xù)的特征多項(xiàng)式。對(duì)于任意給定的參數(shù)區(qū)間，利用Kharitonov定理和邊緣理論分析由被控對(duì)象和預(yù)測PID控制器組成的系統(tǒng)在對(duì)象參數(shù)不確定情況下輸入輸出的魯棒穩(wěn)定性。針對(duì)一階加純

4、滯后對(duì)象給出了系統(tǒng)保持穩(wěn)定的最大過程參數(shù)區(qū)間。2、由于一些復(fù)雜的熱工系統(tǒng)無法用簡單的一階加純滯后對(duì)象進(jìn)行簡化代替，所以本文針對(duì)二階加純滯后對(duì)象利用Kharitonov定理和邊緣理論分析由二山東大學(xué)博士學(xué)位論文階加純滯后對(duì)象和預(yù)測PID控制器組成的系統(tǒng)在對(duì)象參數(shù)不確定情況下輸入輸出的魯棒穩(wěn)定性。針對(duì)二階加純滯后對(duì)象給出了系統(tǒng)保持穩(wěn)定的最大過程參數(shù)區(qū)間。3、由于非最小相位系統(tǒng)在工業(yè)界具有一定的代表性，如鍋爐的給水控制，因此研究非最小相位系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性具有重要的應(yīng)用價(jià)值。這里主要分析這種由非最小相位系統(tǒng)和預(yù)測PID控制器組成的系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性

5、。這種連續(xù)特征多項(xiàng)式的Hurwitz穩(wěn)定性可由Kharitonov定理和邊緣理論給出。結(jié)果表明，當(dāng)過程參數(shù)偏離標(biāo)稱值的情況下，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定，證明了該系統(tǒng)具有良好的魯棒穩(wěn)定性。4、對(duì)于熱工過程而言，在不同的生產(chǎn)條件下，充分發(fā)揮設(shè)備的最大潛力，最低限度的消耗能源和原材料，在保證質(zhì)量的前提下達(dá)到最高產(chǎn)量，是生產(chǎn)過程最優(yōu)化的內(nèi)容。然而，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程最優(yōu)化涉及的是一個(gè)裝置或一個(gè)車間，因而需要大量的信息，建立較為復(fù)雜的模型，并進(jìn)行大量的運(yùn)算和求解，這些均需要由監(jiān)控層來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)工況處在穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，設(shè)計(jì)兩層控制器，控制層運(yùn)用預(yù)測PID控制代替常規(guī)的P

6、ID控制，監(jiān)控層采用廣義預(yù)測控制，因?yàn)閺V義預(yù)測控制有展示系統(tǒng)未來動(dòng)態(tài)行為的功能，利用預(yù)測模型為預(yù)測控制進(jìn)行優(yōu)化提供先驗(yàn)知識(shí)，從而決定采用何種輸入，使對(duì)象輸出符合預(yù)期的目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與設(shè)定點(diǎn)固定的控制方法相比，這種兩層控制器可以消除不確定性影響，控制性能和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)均有了較大改善。應(yīng)用于鍋爐壓力控制系統(tǒng)，得到了較好的控制效果。5、當(dāng)工況受到較大擾動(dòng)時(shí)，例如甩負(fù)荷。鍋爐的變量如主蒸汽壓力和汽包水位都會(huì)產(chǎn)生較大的波動(dòng)。簡單的底層控制器消除這種波動(dòng)的效果不太理想。文中提出了兩層結(jié)構(gòu)控制方法來改善系統(tǒng)的性能。底層控制采用預(yù)測PID控制方法，監(jiān)控

7、層采用模糊控制，由于模糊控制的魯棒性好，在偏離工作點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域可以明顯改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。因此，根據(jù)當(dāng)前的工況，蒸汽壓力和水位的設(shè)定點(diǎn)由基于模糊理論的監(jiān)控層給出。針對(duì)一個(gè)具體的鍋爐系統(tǒng)，改進(jìn)后的方法其控制性能和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)均有了很大的改善。6、當(dāng)優(yōu)化問題比較復(fù)雜時(shí)，用一般的解析方法得到的可能僅僅是局部最優(yōu)解，無法得到全局最優(yōu)解。這時(shí)采用兩層控制器，控制層采用預(yù)測PID控制方山東大學(xué)博士學(xué)位論文法，這就使得控制層的性能有了很大的改善。監(jiān)控層應(yīng)用的是遺傳算法理論，．遺傳算法具有魯棒性能好，計(jì)算籬單及功能強(qiáng)的特點(diǎn)，可以有效地解決約束的問題。本文沒有

8、談到具體的實(shí)現(xiàn)，只是方法的研究，將這種方法應(yīng)用到鍋爐壓力控制系統(tǒng)中，和設(shè)定點(diǎn)露定時(shí)的結(jié)果進(jìn)行眈較，可

9、以褥出結(jié)論，本文提出的優(yōu)化設(shè)定方法在經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和能源損耗方面要好于其它的普通控制方法。關(guān)鍵詞