船用增壓鍋爐汽包水位預(yù)測控制方法研究.pdf

1、增壓鍋爐在船舶蒸汽動力裝置中具有舉足輕重的地位,具有尺寸小、重量輕、功率大、經(jīng)濟(jì)性以及高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。為推動船舶蒸汽動力的發(fā)展,提高船用增壓鍋爐的自動化水平,開展增壓鍋爐先進(jìn)控制方法研究是發(fā)展增壓鍋爐在船舶行業(yè)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的迫在眉睫的研究課題。預(yù)測控制作為一種性能優(yōu)越的控制算法,對模型精度要求不高,在過程控制應(yīng)用中顯示了良好的性能,本文以實(shí)際科研項(xiàng)目為課題研究背景,以預(yù)測控制理論為基礎(chǔ),圍繞船用增壓鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng),以減少算法計(jì)算量

2、、提高汽包水位控制算法的實(shí)時性為目標(biāo),開展了以下的研究工作:
　　 首先,從建立船用增壓鍋爐系統(tǒng)仿真平臺角度出發(fā),全面分析了船用增壓鍋爐蒸發(fā)系統(tǒng)的工作機(jī)理,簡化其物理模型,利用汽水兩相的質(zhì)量平衡方程和能量平衡方程建立了蒸發(fā)系統(tǒng)的動態(tài)機(jī)理模型,仿真結(jié)果反映了汽包水位在不同工況下的動態(tài)響應(yīng),符合基本規(guī)律和過程機(jī)理,為后續(xù)的船用增壓鍋爐汽包水位預(yù)測控制方法研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 其次,為提高船用增壓鍋爐汽包水位控制系統(tǒng)的快速性

3、,對串級廣義預(yù)測控制算法進(jìn)行了改進(jìn),設(shè)計(jì)了船用增壓鍋爐汽包水位的串級GGPC(灰色廣義預(yù)測控制)-PI控制器。該控制器采用簡單的灰色預(yù)測模型,與廣義預(yù)測控制中的CARIMA模型相比減小了計(jì)算量,實(shí)現(xiàn)了對汽包水位特定工況的有效控制。該方法綜合了預(yù)測控制、串級控制、灰色理論和PID控制的優(yōu)點(diǎn),且方法簡單易行。
　　 再次,根據(jù)船用增壓鍋爐大范圍變工況的運(yùn)行特點(diǎn),提出了汽包水位的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)補(bǔ)償多模型預(yù)測控制策略,即在典型工作點(diǎn)

4、建立固定模型并結(jié)合RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動態(tài)補(bǔ)償模型誤差,控制器及時實(shí)現(xiàn)模型切換,以適應(yīng)動態(tài)特性的變化。該方法充分考慮到單一固定模型不能適應(yīng)全局大范圍工況變化的特點(diǎn),預(yù)測控制與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合極大地提高了系統(tǒng)的魯棒性與穩(wěn)定性。
　　 最后,針對船用增壓鍋爐汽包水位非線性、時變和環(huán)境不確定等特性,設(shè)計(jì)了基于T-S模糊多模型的汽包水位滑模預(yù)測控制器。采用具有萬能逼近特性的T-S模糊模型作為預(yù)測模型,利用滑模變結(jié)構(gòu)的強(qiáng)魯棒性改善預(yù)測控制特