船用冷凝器凝水溫度控制建模和PID控制系統(tǒng)設計
發(fā)布時間：2022-01-24 10:50
船用冷凝器是蒸汽動力裝置的重要組成部分,凝水過冷度與水中含氧量密切相關(guān)。為了對凝水溫度實施有效的控制,結(jié)合理論分析和試驗數(shù)據(jù),建立了一種簡化的凝水溫度控制模型,并設計了凝水溫度PID控制系統(tǒng)。采用試驗數(shù)據(jù)對模型的有效性和控制系統(tǒng)的控制效果進行了驗證。結(jié)果表明,模型運算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)具有較好的符合性,控制系統(tǒng)可以有效地將凝水溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。該模型建立方法和控制系統(tǒng)設計方法可為其他控制系統(tǒng)分析和設計提供借鑒。
【文章來源】：艦船電子工程. 2020,40(08)
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
模型對試驗數(shù)據(jù)的擬合效果0200400600800100012001400160018002000時間（s）
奔洌?s）81.58180.58079.57878.5水位（cm）凝水溫度測量值凝水溫度估計值圖3模型對試驗數(shù)據(jù)的擬合效果采用另外2000組未參與參數(shù)估計的運行數(shù)據(jù)對模型的有效性進行校驗，對比模型估計值和測量值，以確認模型描述真實系統(tǒng)的有效性，模型校驗結(jié)果如4圖所示。從校驗結(jié)果可知，該數(shù)學模型的結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)具有較好的符合性。0200400600800100012001400160018002000時間（s）81.58180.58079.57878.5水位（cm）凝水溫度估計值凝水溫度測量值圖4模型對試驗數(shù)據(jù)的估計效果凝水溫度主要通過調(diào)整鼓泡除氧閥開度來控制，定義鼓泡除氧閥開度為u∈［0，1］，認為鼓泡除氧閥開度與鼓泡除氧乏汽輸入能量成正比，則冷凝器凝水溫度控制模型可描述為Tc?n=0.9889′Tc?n-1+un0.55164凝水溫度PID控制系統(tǒng)設計與驗證冷凝器凝水溫度控制的主要目的是控制凝水中的含氧量，而含氧量與過冷度呈近似線性的關(guān)系，因此凝水溫度控制的目標是將過冷度控制在某一范圍內(nèi)。將凝水過冷度范圍設置為0~3℃，則凝水溫度的控制范圍為T*c，n∈［T（Pn）-3，T（Pn）］其中T（Pn）為當前冷凝器壓力Pn對應的飽和溫度。冷凝器凝水溫度控制框圖如圖5所示，根據(jù)冷凝器真空壓力測量，計算溫度控制定值，與當前凝水溫度比較后獲得溫度偏差輸入控制器，控制器運算后輸出鼓泡除氧閥開度控制值，控制進入冷凝器的除氧乏汽量，調(diào)節(jié)凝水溫度。圖5凝水溫度控制框圖溫度控制器采用增量式PID控制器，鼓泡除氧閥開度增量的計算公式如下：un=Kp(e)n-en-1
3?yn-1?其中yn=Tc?nθ2′1=éêùúMwτQc?n+Mw?τCp(τQc?n+Mw)Ein?nT則離散化模型的線性表達式為Y(n-1)′1=X(n-1)′2θ2′1其中X，Y為可觀測數(shù)據(jù)，θ為待估計的參數(shù)。采用最小二乘算法對模型參數(shù)估計如下：θ2′1=(X)TX-1XTY3模型的參數(shù)估計和校驗采用實際的凝水溫度運行數(shù)據(jù)對冷凝器凝水溫度離散模型進行參數(shù)估計和校驗。取2000組試驗數(shù)據(jù)確定模型參數(shù)，如圖2所示。0200400600800100012001400160018002000時間（s）81.58180.58079.57878.5水位（cm）圖2凝水溫度試驗數(shù)據(jù)99
【參考文獻】：
期刊論文
[1]船用冷凝器真空專家控制系統(tǒng)研究[J]. 龔嫻,孫建華,鄒海. 艦船科學技術(shù). 2016(09)
[2]船用冷凝器的真空與凝水過冷度控制系統(tǒng)研究[J]. 張永生,馬運義. 艦船科學技術(shù). 2011(03)
[3]船舶蒸汽動力裝置冷凝器動態(tài)模型研究[J]. 朱東保,馬俊,焦曉亮,喬增熙,趙輝. 節(jié)能技術(shù). 2010(06)
[4]核動力裝置冷凝器實時仿真[J]. 薛若軍,田兆斐,趙強. 核動力工程. 2008(05)
[5]凝汽器真空—凝水過冷度機理分析及其控制系統(tǒng)研究[J]. 萬華慶,姚涌濤,潘艷,孫建華. 艦船科學技術(shù). 2008(01)
[6]某型艦用冷凝器動態(tài)數(shù)學模型的建立和應用[J]. 倪何,程剛,孫豐瑞. 計算機仿真. 2007(07)
[7]300MW機組凝汽器動態(tài)數(shù)學模型的建立與仿真[J]. 丁燕,顧昌,方瓊. 汽輪機技術(shù). 2004(05)
[8]電站凝汽器動態(tài)數(shù)學模型的研究與應用[J]. 崔凝,王兵樹,馬士英,孫志英,趙文升. 系統(tǒng)仿真學報. 2002(02)
[9]一種新型船舶核動力裝置冷凝器模型與動態(tài)仿真方法[J]. 史覬,孫建華,付明玉,邊信黔. 哈爾濱工程大學學報. 2001(04)
碩士論文
[1]船用凝汽系統(tǒng)動態(tài)建模及控制方法研究[D]. 尹煒.哈爾濱工程大學 2008
本文編號：3606441
【文章來源】：艦船電子工程. 2020,40(08)
【文章頁數(shù)】：4 頁
【部分圖文】：
模型對試驗數(shù)據(jù)的擬合效果0200400600800100012001400160018002000時間（s）
奔洌?s）81.58180.58079.57878.5水位（cm）凝水溫度測量值凝水溫度估計值圖3模型對試驗數(shù)據(jù)的擬合效果采用另外2000組未參與參數(shù)估計的運行數(shù)據(jù)對模型的有效性進行校驗，對比模型估計值和測量值，以確認模型描述真實系統(tǒng)的有效性，模型校驗結(jié)果如4圖所示。從校驗結(jié)果可知，該數(shù)學模型的結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)具有較好的符合性。0200400600800100012001400160018002000時間（s）81.58180.58079.57878.5水位（cm）凝水溫度估計值凝水溫度測量值圖4模型對試驗數(shù)據(jù)的估計效果凝水溫度主要通過調(diào)整鼓泡除氧閥開度來控制，定義鼓泡除氧閥開度為u∈［0，1］，認為鼓泡除氧閥開度與鼓泡除氧乏汽輸入能量成正比，則冷凝器凝水溫度控制模型可描述為Tc?n=0.9889′Tc?n-1+un0.55164凝水溫度PID控制系統(tǒng)設計與驗證冷凝器凝水溫度控制的主要目的是控制凝水中的含氧量，而含氧量與過冷度呈近似線性的關(guān)系，因此凝水溫度控制的目標是將過冷度控制在某一范圍內(nèi)。將凝水過冷度范圍設置為0~3℃，則凝水溫度的控制范圍為T*c，n∈［T（Pn）-3，T（Pn）］其中T（Pn）為當前冷凝器壓力Pn對應的飽和溫度。冷凝器凝水溫度控制框圖如圖5所示，根據(jù)冷凝器真空壓力測量，計算溫度控制定值，與當前凝水溫度比較后獲得溫度偏差輸入控制器，控制器運算后輸出鼓泡除氧閥開度控制值，控制進入冷凝器的除氧乏汽量，調(diào)節(jié)凝水溫度。圖5凝水溫度控制框圖溫度控制器采用增量式PID控制器，鼓泡除氧閥開度增量的計算公式如下：un=Kp(e)n-en-1
3?yn-1?其中yn=Tc?nθ2′1=éêùúMwτQc?n+Mw?τCp(τQc?n+Mw)Ein?nT則離散化模型的線性表達式為Y(n-1)′1=X(n-1)′2θ2′1其中X，Y為可觀測數(shù)據(jù)，θ為待估計的參數(shù)。采用最小二乘算法對模型參數(shù)估計如下：θ2′1=(X)TX-1XTY3模型的參數(shù)估計和校驗采用實際的凝水溫度運行數(shù)據(jù)對冷凝器凝水溫度離散模型進行參數(shù)估計和校驗。取2000組試驗數(shù)據(jù)確定模型參數(shù)，如圖2所示。0200400600800100012001400160018002000時間（s）81.58180.58079.57878.5水位（cm）圖2凝水溫度試驗數(shù)據(jù)99
【參考文獻】：
期刊論文
[1]船用冷凝器真空專家控制系統(tǒng)研究[J]. 龔嫻,孫建華,鄒海. 艦船科學技術(shù). 2016(09)
[2]船用冷凝器的真空與凝水過冷度控制系統(tǒng)研究[J]. 張永生,馬運義. 艦船科學技術(shù). 2011(03)
[3]船舶蒸汽動力裝置冷凝器動態(tài)模型研究[J]. 朱東保,馬俊,焦曉亮,喬增熙,趙輝. 節(jié)能技術(shù). 2010(06)
[4]核動力裝置冷凝器實時仿真[J]. 薛若軍,田兆斐,趙強. 核動力工程. 2008(05)
[5]凝汽器真空—凝水過冷度機理分析及其控制系統(tǒng)研究[J]. 萬華慶,姚涌濤,潘艷,孫建華. 艦船科學技術(shù). 2008(01)
[6]某型艦用冷凝器動態(tài)數(shù)學模型的建立和應用[J]. 倪何,程剛,孫豐瑞. 計算機仿真. 2007(07)
[7]300MW機組凝汽器動態(tài)數(shù)學模型的建立與仿真[J]. 丁燕,顧昌,方瓊. 汽輪機技術(shù). 2004(05)
[8]電站凝汽器動態(tài)數(shù)學模型的研究與應用[J]. 崔凝,王兵樹,馬士英,孫志英,趙文升. 系統(tǒng)仿真學報. 2002(02)
[9]一種新型船舶核動力裝置冷凝器模型與動態(tài)仿真方法[J]. 史覬,孫建華,付明玉,邊信黔. 哈爾濱工程大學學報. 2001(04)
碩士論文
[1]船用凝汽系統(tǒng)動態(tài)建模及控制方法研究[D]. 尹煒.哈爾濱工程大學 2008
本文編號：3606441
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