基于子空间方法的煤气混合过程动态建模研究

【摘要】：在工业过程中,模型在控制系统运行初期一般都能够较好反映出对象的数学特性,并满足现场中安全稳定控制的需求。但是,传统的离线建模方法存在泛化能力差、模型在线更新困难的问题。因此,需要建立工业过程在线模型或者在不同工况下对过程模型参数进行修正,以保证模型可以精确反映工业对象动态特性。 煤气混合过程是一种典型复杂工业过程。本文充分利用大量工业生产数据,对煤气混合过程模型失配进行分析,在建立标称模型之后,分别预测未来不同时刻的模型输出。结果表明随着时间的推移和生产工况的变化,模型的拟合程度开始下降,出现模型失配。 针对上述问题,本文提出了子空间动态建模方法。子空间动态建模在一次建模基础上,引入模型评估机制,包括状态方程矩阵失配分析和模型输出误差分析方法,前者通过构建矩阵失配系数实现,后者利用模型预测输出和真实值差异反映失配情况。通过对煤气混合过程模型进行失配分析,表明两种模型评估方法都能有效反映出模型失配情况。最后,提出子空间动态建模结构。 将所提出的子空间动态建模方法应用在煤气混合过程中。首先利用蝶阀流量公式和能量守恒定律,建立混合煤气流量和热值机理模型；然后利用子空间方法,建立混合煤气压力动态模型；以模型输出拟合度作为评价指标,在拟合度低于设定值时实现混合煤气压力模型的在线更新,得到状态空间形式的混合煤气压力动态模型。 仿真结果表明,本文所提出子空间动态建模方法可以有效提高模型精度,实现模型的在线更新,验证本文所提方法的有效性和优越性。研究为后续控制器设计提供了精确的模型基础,对于一类具有相似特性的工业过程动态建模具有重要意义。 【关键词】：工业建模 模型失配 模型评估 子空间动态建模 煤气混合
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 工业过程建模研究现状11-15
• 1.2.2 子空间建模方法研究现状15-17
• 1.3 本文研究内容17-18
• 1.4 论文构成18-20
• 2 煤气混合过程模型失配20-30
• 2.1 模型失配影响因素及后果20-22
• 2.2 煤气混合过程工艺及特性分析22-24
• 2.2.1 煤气混合过程工艺22
• 2.2.2 煤气混合过程特性分析22-24
• 2.3 煤气混合过程模型失配分析24-29
• 2.4 小结29-30
• 3 子空间动态建模方法30-42
• 3.1 子空间动态建模思想30-31
• 3.2 子空间模型失配评估方法31-37
• 3.2.1 状态方程矩阵的失配分析31-35
• 3.2.2 模型输出误差分析35-37
• 3.3 子空间动态建模结构设计37-41
• 3.4 小结41-42
• 4 基于子空间动态建模方法的煤气混合过程模型42-54
• 4.1 煤气混合过程模型总体结构设计42-43
• 4.2 数据预处理43-44
• 4.3 混合煤气机理模型44-47
• 4.4 混合煤气压力子空间动态模型47-53
• 4.5 小结53-54
• 5 结论与展望54-56
• 5.1 结论54-55
• 5.2 展望55-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果63

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