船用增压锅炉燃烧系统非线性控制技术研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文船用增压锅炉燃烧系统非线性控制技术研究博士研究生：赵加凤指导教师：马修真教授学科、专业：动力机械及工程哈尔滨工程大学2014年5月万方数据万方数据分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文船用增压锅炉燃烧系统非线性控制技术研究博士研究生：赵加凤指导教师：马修真教授学位级别：工学博士学科、专业：动力机械及工程所在单位：动力与能源工程学院论文提交日期：2014年5月论文答辩日期：2014年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.E

2、ngResearchofNonlinearControlforMarineSuperchargedboilerCombustionSystemCandidate:ZhaoJiafengSupervisor:Prof.MaXiuzhenAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:PowerMachineandEngineeringDateofSubmission:May，2014DateofOralExamination:June,2014University:HarbinEngineeringUniversity万方

3、数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复

4、印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据船用增压锅炉燃烧系统非线性控制技术研究摘要增压锅炉是船舶蒸汽动力装置的主要设备，它为船舶运行及日常生活提供所需的动力、电力和热能。增压锅炉的动态

5、性能直接影响船舶蒸汽动力的安全、稳定运行，开展增压锅炉控制系统研究具有重要的理论和实用价值。变工况风油优化匹配控制一直是增压锅炉控制的难题，也是影响蒸汽动力装置工作平稳性、经济性和排放性能的主要因素，传统的控制系统通常采用PID控制策略，在变工况时，无法实现空气流量快速跟踪燃油流量的变化，保证风油比始终控制在理想的范围内，导致燃烧状态恶化。主蒸汽压力的稳定控制是汽轮机平稳、可靠运行的根本保障，主蒸汽压力控制系统是典型的非线性、大延迟、多参数及强耦合系统，将主蒸汽压力控制系统简化为线性、单变量系统，且忽略参数之间的耦合作用开发的控制系统，无法满足主蒸汽压力在变负荷过程中快速性和平稳

6、性的要求，为此，本文做了如下研究工作：1）考虑增压燃烧对锅炉容积热负荷的影响，计算炉膛对流换热量，集成到能量守恒中，并采用КВ76热力计算方法计算炉膛出口烟气温度，解决了忽略增压燃烧及对流换热造成的模型计算精度低的问题。针对涡轮增压机组中压气机、烟气涡轮和辅助汽轮机采用不同工质驱动的问题，分别修正进入透平的气体组分，适应建模需要。为解决透平机械在不同工况下不同运行特性的问题，将实验特性曲线插值嵌入到仿真模型运行曲线中，使仿真模型逼近真实涡轮增压机组运行特性，提高模型计算精度。2）涡轮增压机组主要负责为锅炉提供在全工况范围内高效、稳定和可靠工作所需要的增压空气，它由烟气涡轮和辅助汽

7、轮机共同驱动，涡轮增压机组相对于增压锅炉工况变化存在较大的惯性和滞后性，且在部分负荷和高工况时烟气能量不足以推动涡轮增压机组产生足够的增压空气满足合理的风油比需要，必须依靠辅助汽轮机提供必要的动力驱动涡轮增压机组，其控制难点在于增压锅炉、烟气涡轮和辅助汽轮机的协调控制。针对涡轮增压机组运行过程中表现为连续动态和离散事件相互作用的混杂行为特征，提出基于协同约束弧Petri网理论的控制方法，建立基于层次结构协同约束弧Petri网的涡轮增压机组控制模型，解决了空气流量调节滞后，恶化炉膛