沼氣是一種可再生的二次能源,可用來產(chǎn)熱產(chǎn)電,沼氣產(chǎn)量是沼氣工程中的重要考慮部分。作為發(fā)酵產(chǎn)生沼氣底物,即流入有機物,其特性及流速是整個沼氣生產(chǎn)過程能否高效乃至平穩(wěn)運行的重要因素,關(guān)系到沼氣的生產(chǎn)速率以及排出廢液的特性是否達標。因此研究對沼氣罐進料底物的流入速率的控制方案對沼氣工程有著重要意義。由于厭氧消化涉及多種厭氧菌,包含了生化反應(yīng)以及物化反應(yīng),使得厭氧處理過程是一個具有多變量、有約束、強耦合、有擾動和非線性等特點復(fù)雜的生物過程。預(yù)測控制算法是有效處理這類復(fù)雜過程的先進控制算法,該算法已經(jīng)在許多復(fù)雜工業(yè)過程中取得了成功和成熟的應(yīng)用。因此,本文將預(yù)測控制算法引入?yún)捬跸到y(tǒng),在分析模型輸入輸出及狀態(tài)變量特性基礎(chǔ)上,建立了厭氧系統(tǒng)機理標準模型ADM1的簡化模型,研究并仿真實現(xiàn)了兩種不同的基于系統(tǒng)底物分析的預(yù)測控制策略。本文主要工作如下:1)實現(xiàn)了厭氧消化過程系統(tǒng)機理模型的仿真平臺搭建、模型參數(shù)辨識以及模型簡化。通過分析系統(tǒng)特性,利用厭氧消化機理模型ADM1,使用Matlab/Simulink工具搭建了模塊化的仿真環(huán)境;由于模型中存在大量參數(shù)且對模型的仿真結(jié)果有影響,研究了ADM1參數(shù)的可...

【文章頁數(shù)】：94 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 厭氧過程控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 厭氧發(fā)酵過程工藝
        1.2.2 厭氧發(fā)酵過程的機理建模
        1.2.3 厭氧發(fā)酵過程控制
    1.3 模型預(yù)測控制算法介紹
    1.4 本文的主要內(nèi)容與章節(jié)安排
第二章 厭氧消化模型ADM1 的仿真平臺實現(xiàn)及模型簡化
    2.1 厭氧消化過程機理模型ADM1 的介紹
    2.2 基于Matlab/Simulink的仿真環(huán)境搭建
        2.2.1 ADM1 的常微分方程實現(xiàn)
        2.2.2 ADM1 的微分代數(shù)方程實現(xiàn)
        2.2.3 基于Matlab/Simulink的 ADM1 仿真平臺實現(xiàn)
        2.2.4 仿真模型的驗證
    2.3 ADM1 參數(shù)辨識
        2.3.1 模型過程參數(shù)的辨識
        2.3.2 流入有機物質(zhì)的特性及參數(shù)分析
    2.4 基于狀態(tài)靈敏度的模型簡化方法
    2.5 基于主元分析PCA的模型簡化方法
    2.6 本章小結(jié)
第三章 基于無損卡爾曼濾波的非線性預(yù)測控制方案
    3.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計
        3.1.1 厭氧控制問題描述
        3.1.2 上層溫度運行決策器
        3.1.3 流入底物特性參數(shù)辨識
    3.2 無損卡爾曼濾波器(Unscented Kalman Filter--UKF)
        3.2.1 無損卡爾曼濾波器設(shè)計
        3.2.2 濾波器仿真結(jié)果
    3.3 混合輸入底物厭氧消化過程的多目標多變量非線性預(yù)測控制
    3.4 仿真實驗及結(jié)果分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 基于擴張狀態(tài)觀測器的線性預(yù)測控制方案
    4.1 控制系統(tǒng)方案設(shè)計
        4.1.1 控制框圖
        4.1.2 厭氧消化過程穩(wěn)態(tài)分析
    4.2 擴展狀態(tài)觀測器的設(shè)計
    4.3 帶乙酸輸入底物的厭氧消化過程預(yù)測控制
    4.4 仿真實驗及結(jié)果分析
        4.4.1 仿真實驗參數(shù)設(shè)置
        4.4.2 仿真結(jié)果及分析
    4.5 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 本文研究內(nèi)容
    5.2 未來研究展望
參考文獻
致謝
附錄
攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文專利



本文編號：3947001