子空间预测控制及其在双流化床煤气化系统中的研究

【摘要】：我国是以煤炭为主要能源的国家，其主要利用方式为直接燃烧，煤炭利用率低、污染严重，已经带来了严重的资源与环境问题。寻求新的煤炭综合利用方式，发展高效、环保的煤炭利用技术是实现节能减排的重要研究方向。双流化床煤气化是上世纪末期发展起来的一种新的煤气化技术，实现了煤炭的分级利用，具有操作条件温和、煤种适应性广和污染排放低的特点。同时，双流化床煤气化系统的工艺特点也使得其控制系统设计要求更高，难度更大，常规煤气化系统控制方案很难达到理想控制效果。本文提出一种新的基于遗忘因子的递推子空间预测控制算法，并将其应用于双流化床煤气化控制系统设计，主要研究内容如下： (1)系统深入分析了双流化床煤气化技术的工艺原理以及工业过程动态特性，在其机理和实验研究基础上进一步提出了简化的控制架构，确定了以空气煤比、给煤量为控制输入，气化炉床温、煤气热值为控制输出的控制系统结构。 (2)深入研究了子空间辨识、广义预测控制的原理及其基本算法，提出了子空间与预测控制融合的新算法。针对双流化床煤气化系统多变量、非线性、紧耦合、时变性的控制特点，提出了一种基于遗忘因子的递推子空间辨识算法，提高了模型的辨识精度，节约了计算时间。通过仿真验证了算法有效性并将其与广义预测控制算法相结合形成了一种新的递推子空间预测控制算法。 (3)采用改进的子空间辨识算法，建立了气化炉温度以及煤气热值的控制模型，完成了其递推子空间预测控制系统设计。仿真结果表明气化炉床温、煤气热值均满足控制要求，空气煤比、给煤量也能够保持稳定，子空间预测控制算法对于双流化床煤气化系统是可行的。 【关键词】：双流化床煤气化 子空间辨识 广义预测控制 子空间预测控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ546
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题背景及研究意义10-13
• 1.2 子空间预测控制概述及研究现状13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 双流化床煤气化工艺原理及特性分析16-26
• 2.1 双流化床煤气化技术原理16-21
• 2.1.1 双流化床煤气化基本原理16-18
• 2.1.2 双流化床煤气发生炉工艺简介18-21
• 2.2 双流化床煤气化过程特性分析21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 子空间预测控制算法26-42
• 3.1 子空间辨识算法26-33
• 3.2 广义预测控制算法33-37
• 3.3 子空间广义预测控制算法37-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 递推子空间预测控制算法42-56
• 4.1 基于遗忘因子的递推子空间辨识42-51
• 4.1.1 数据矩阵构造与更新43-47
• 4.1.2 系统状态空间矩阵更新47-48
• 4.1.3 算法仿真48-51
• 4.2 基于遗忘因子的递推子空间预测控制51-55
• 4.3 本章小结55-56
• 第5章 双流化床煤气化控制系统仿真56-66
• 5.1 双流化床煤气化控制系统分析56-59
• 5.2 控制系统数据采集与处理59-61
• 5.3 子空间预测控制系统仿真61-64
• 5.3.1 建立系统数学模型61-62
• 5.3.2 控制系统仿真62-64
• 5.4 本章小结64-66
• 结论66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果72-73
• 致谢73-74
• 作者简介74

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