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基于模型预测控制的船用锅炉控制算法研究
| 论文题名： | 基于模型预测控制的船用锅炉控制算法研究 |
| 关键词： | 船用锅炉;模型预测控制;卡尔曼滤波;状态估计器;MPC控制器 |
| 摘要： | 船用锅炉的控制是复杂的非线性时变控制，在锅炉运行中各参数（如水温、蒸汽压力、给水流量、锅炉水位等）之间存在着强耦合现象。传统的船用锅炉是采用由PID控制器组成的反馈控制，而这种控制具有易产生超调，鲁棒性差等缺点。对于这样一个复杂的系统，本文选择将模型预测控制应用于系统中以获得更为理想的控制效果。 本文首先讨论了欧堡工业A/S MISSIONTM OB烟管锅炉的结构和工作原理，并根据物质平衡和能量平衡理论对该型号的锅炉进行了机理建模，从而得到了该型号锅炉水位和蒸汽压力的数学方程表达式，整篇文章都是基于这里建立的机理模型。然后本文讨论了模型预测控制的发展、原理和基本特点，为下文的理解作了铺垫。紧接着论文给出了模型预测控制算法在该型号锅炉上面的应用，并对该算法的应用进行了仿真研究。在应用模型预测控制之前，先设计了一个基于卡尔曼滤波理论的状态估计器，以得到状态空间方程中无法直接测量的状态变量。为了仿真结果的实现，论文重点部分研究的是线性模型预测控制，即首先对建立的机理模型进行线性化和离散化，建立线性离散状态空间模型，这样就可以对该算法直接应用Matlab进行仿真。本文分别对多种幅度的蒸汽负荷扰动的情况进行仿真分析。 通过对比所得到的MPC控制器和PID控制器的仿真动态图，本文可以清晰地得到在多种蒸汽负荷扰动情况下，MPC控制器的控制性能都远远好于PID控制器。MPC控制器能够有效反映实际锅炉系统的动态并且具有较好的控制作用，即无超调量，稳定所需时间短以及跟踪期望效果好。 |
| 作者： | 徐硕 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 王冬捷 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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