船用鍋爐的控制是復雜的非線性時變控制,在鍋爐運行中各參數(shù)(如水溫、蒸汽壓力、給水流量、鍋爐水位等)之間存在著強耦合現(xiàn)象。傳統(tǒng)的船用鍋爐是采用由PID控制器組成的反饋控制,而這種控制具有易產(chǎn)生超調(diào),魯棒性差等缺點。對于這樣一個復雜的系統(tǒng),本文選擇將模型預測控制應用于系統(tǒng)中以獲得更為理想的控制效果。本文首先討論了歐堡工業(yè)A/S MISSIONTM OB煙管鍋爐的結(jié)構(gòu)和工作原理,并根據(jù)物質(zhì)平衡和能量平衡理論對該型號的鍋爐進行了機理建模,從而得到了該型號鍋爐水位和蒸汽壓力的數(shù)學方程表達式,整篇文章都是基于這里建立的機理模型。然后本文討論了模型預測控制的發(fā)展、原理和基本特點,為下文的理解作了鋪墊。緊接著論文給出了模型預測控制算法在該型號鍋爐上面的應用,并對該算法的應用進行了仿真研究。在應用模型預測控制之前,先設計了一個基于卡爾曼濾波理論的狀態(tài)估計器,以得到狀態(tài)空間方程中無法直接測量的狀態(tài)變量。為了仿真結(jié)果的實現(xiàn),論文重點部分研究的是線性模型預測控制,即首先對建立的機理模型進行線性化和離散化,建立線性離散狀態(tài)空間模型,這樣就可以對該算法直接應用Matlab進行仿真。本文分別對多種幅度的蒸汽負荷擾動的情況進行仿真分析。通過對比所得到的MPC控制器和PID控制器的仿真動態(tài)圖,本文可以清晰地得到在多種蒸汽負荷擾動情況下,MPC控制器的控制性能都遠遠好于PID控制器。MPC控制器能夠有效反映實際鍋爐系統(tǒng)的動態(tài)并且具有較好的控制作用,即無超調(diào)量,穩(wěn)定所需時間短以及跟蹤期望效果好。
【學位單位】：大連海事大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：U664
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 船用鍋爐控制系統(tǒng)
        1.2.1 船用鍋爐
        1.2.2 水位自動控制系統(tǒng)
        1.2.3 蒸汽壓力自動控制系統(tǒng)
        1.2.4 船用鍋爐控制的總體特點
    1.3 模型預測控制
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 船用鍋爐的數(shù)學建模
TM OB鍋爐結(jié)構(gòu)及工作原理'>    2.1 歐堡工業(yè)A/S MISSION^TM OB鍋爐結(jié)構(gòu)及工作原理
    2.2 鍋爐水位和蒸汽壓力模型及其動態(tài)特性分析
        2.2.1 鍋爐水位和蒸汽壓力模型
        2.2.2 鍋爐水位和蒸汽壓力動態(tài)特性分析
    2.3 本章小結(jié)
第3章 模型預測控制理論
    3.1 模型預測控制的發(fā)展
    3.2 模型預測控制的基本原理
    3.3 模型預測控制的基本特點
        3.3.1 基于模型的預測
        3.3.2 滾動優(yōu)化
        3.3.3 前饋-反饋控制結(jié)構(gòu)
    3.4 本章小結(jié)
第4章 船用鍋爐水位和蒸汽壓力MPC控制系統(tǒng)的設計
TM OB鍋爐機理狀態(tài)空間模型'>    4.1 歐堡工業(yè)A/S MISSION^TM OB鍋爐機理狀態(tài)空間模型
    4.2 基于卡爾曼濾波理論的狀態(tài)估計器的設計
    4.3 基于船用鍋爐機理狀態(tài)空間模型的約束預測控制
        4.3.1 預測方程
        4.3.2 求解約束優(yōu)化問題
        4.3.3 在線校正
    4.4 本章小結(jié)
第5章 船用鍋爐水位和蒸汽壓力控制系統(tǒng)仿真
結(jié)論
參考文獻
攻讀學位期間公開發(fā)表論文
致謝
作者簡介

【相似文獻】

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本文編號：2845673