基于模糊自適應Kalman濾波的傳熱過程實時反演及應用.pdf

1、根據傳熱系統(tǒng)的部分溫度輸出信息反求系統(tǒng)的某些未知特征量（如熱物性參數、邊界條件、幾何條件及輸入源項等），構成了傳熱學反問題（Inverse Heat Transfer Problem, IHTP）。傳熱學反問題是一類典型的反演課題。各類傳熱學反問題廣泛存在于能源動力、材料加工、航空航天、生物醫(yī)學、無損探傷等工程領域。
　　卡爾曼濾波（Kalman Filtering, KF）以系統(tǒng)狀態(tài)空間模型為基礎，利用輸出觀測信息對系統(tǒng)的狀態(tài)參

2、數進行遞歸估計，并使得估計均方誤差達到最小。本文研究了基于卡爾曼濾波的非穩(wěn)態(tài)導熱過程實時反演及應用問題，并針對傳統(tǒng)卡爾曼濾波方法在傳熱系統(tǒng)反演過程中面臨的問題，提出了基于模糊自適應卡爾曼濾波（Fuzzy Adaptive Kalman Filtering, FAKF）和系統(tǒng)降階技術的傳熱過程實時反演及溫度場重構方法。本文的主要研究工作包括：
　?、籴槍ΧS非穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)，采用能量平衡法建立了對應的狀態(tài)空間模型，獲得了二維非穩(wěn)態(tài)傳熱

3、系統(tǒng)的狀態(tài)向量、狀態(tài)轉移矩陣、輸入矩陣以及觀測矩陣。
　?、诋斚到y(tǒng)的噪聲協(xié)方差估計值與實際情況嚴重失配時，采用傳統(tǒng)卡爾曼濾波方法獲得的溫度場實時重構結果將可能出現明顯偏差，甚至無法獲得穩(wěn)定的重構結果。針對該問題，根據系統(tǒng)狀態(tài)估計的觀測誤差及誤差變化率，通過模糊推理單元，實時改變反演過程中卡爾曼濾波的過程噪聲協(xié)方差，建立了基于模糊推理的自適應卡爾曼濾波反演算法，明顯提高了傳熱系統(tǒng)實時反演過程的穩(wěn)定性。
　?、壑苯永脿顟B(tài)空間模

4、型和卡爾曼濾波方法重構系統(tǒng)的溫度狀態(tài)面臨的另一個實際困難在于，需要提供足夠的系統(tǒng)溫度測量信息。這一要求在實際工程中無法實現。本文采用集結法（Aggregation Approach）對二維非穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型進行降階處理，顯著降低了溫度場重構結果對溫度測點數目的依賴性，能夠根據較少的溫度測量信息重構系統(tǒng)的溫度場。
　?、芑谀：赃m應卡爾曼濾波和系統(tǒng)降階技術，建立了一種鍋爐汽包溫度場的實時在線監(jiān)測方法。根據汽包金屬外壁的少量

5、溫度測量信息，對汽包啟動過程中內壁的分布熱流進行實時反演，并實時重構啟動過程中汽包金屬壁溫度場。利用一臺600MW亞臨界鍋爐啟動過程升壓曲線，通過仿真實驗證明了上述方法的有效性。
　?、菅芯苛嘶谏鲜瞿：赃m應卡爾曼濾波方法的移動熱源實時反演問題。以激光加工過程的瞬時移動點熱源為例，建立了處理移動熱源系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。利用本文提出的反演方法，對有移動熱源的傳熱系統(tǒng)的源項進行實時反演，并討論了測量誤差和測點數目以及測點位置等對反演