工业用太阳能蒸汽发生系统

一个用于工业过程的太阳能蒸汽发生系统新近在美国佐治亚州多尔顿的Dow化学有限公司所属工厂投入运行。它能提供该厂连续生产所需蒸汽量的70%以上。蒸汽温度达366°F,压力为150磅/时~2。该装置有一个面积为9930呎~2的集热器。它的流程简图如下。导热流体在从抛物线槽式集热器到沸腾炉的主回路中循环,用     

双口内模在主汽温系统中的仿真应用

电厂中,过热器出口蒸汽温度需要严格控制,蒸汽温度过高或过低都将对安全生产带来不利的影响,通常温度必须限定在±5℃的范围内。过热蒸汽温度控制的主要任务为保护过热器,维持其出口蒸汽温度在允许的范围内使管壁温度不超过允许的工作温度。主蒸汽温系统的控制对象具有的大时滞的特性,使得串级控制难以达到满意的效果,而且参数难以调节。本文在内模控制的基础上拓展,将双口内模控制应用到主汽温控制系统中并通过Simulink分别在内模控制器无限幅和有限幅的情况下进行仿真,其仿真结果与串级控制、IMC控制系统进行比较。仿真结果表明双口内模控制在限幅的前提下,具有较好与内模控制效果。     

核电站蒸汽发生器水位控制系统的仿真研究

研究核电站蒸发器水位控制优化问题,由于蒸汽发生器是核电站中最重要设备之一,水位控制对核电站的安全运行起着决定性的作用,并要求系统稳定运行,快速响应。针对蒸汽发生器是一个高度复杂、非线性、时变的系统,传统的串级PID控制等控制方法难以取得满意的控制效果,把自抗扰控制方法引入蒸汽发生器水位的串级控制系统中,解决传统PID快速性和超调的矛盾,且能够动态补偿对象模型的内扰和外扰。另外,自抗扰控制器的参数较多且参数难以整定,采用混沌搜索的粒子群混合优化算法来对优化选择参数进行仿真。仿真结果表明,改进方法的鲁棒性和控制品质优于传统的串级PID控制方法,方法的可行性和有效性。     

基于最大反馈线性化的TORA系统非奇异镇定控制

针对TORA系统的镇定控制问题,提出一种基于最大反馈线性化的非奇异控制器设计方案.应用拉格朗日方程建立TORA系统的数学模型,采用微分代数方法计算TORA系统中具有最大相对阶的虚拟输出函数,以此为基础通过反馈线性化将TORA的数学模型转化为具有稳定内动态的三阶线性系统,采用极点配置方案为TORA系统设计镇定控制器.为了解决控制律中存在的奇异值问题,采用梯度动力学方法对控制器进行调整.最后通过仿真分析验证基于最大反馈线性化的控制方案的有效性.     

燃煤锅炉过热蒸汽温度模糊PI控制系统的研究

锅炉过热汽温具有大惯性、大滞后的特点,并且动态特性随机组负载变化而变化,运行过程中扰动多、难控制。文章针对这种情况,研究了Fuzzy-PI复合控制算法,并针对某火电厂燃煤锅炉过热蒸汽温度进行了仿真研究。在分析蒸汽温度系统工作过程、调节对象及其动态特性的基础上,构建了系统的结构模型;在对火电厂过热汽温控制对象特点分析的基础上,保留串级控制抗内扰的性能,结合模糊控制动态特性好的特点,提出了一种复合模糊串级控制设计方法。该方法综合了模糊控制和PI控制的优点,增强了系统的鲁棒性,仿真研究结果也证明该方法有效。     

一种复合控制器在过热汽温中的应用研究

在电厂中,必须严格控制过热器出口蒸汽温度,蒸汽温度过高或过低,都将给安全生产带来不利影响。针对过热汽温被控对象的特点,充分利用模糊控制的动态特性好和PID调节能消除静态偏差的特性,设计了一种带自调整因子的模糊控制器,研究了Fuzzy-PID复合串级控制在电厂过热汽温控制系统中的应用,该复合控制器的切换采用一种简单的基于偏差量的模糊切换方法。仿真结果表明,Fuzzy-PID复合串级控制系统具有更好控制品质。     

燃煤锅炉过热蒸汔温度模糊PI控制系统的研究

锅炉过热汽温具有大惯性、大滞后的特点，并且动态特性随机组负载变化而变化，运行过程中扰动多、难控制。文章针对这种情况，研究了Fuzzy-PI复合控制算法，并针对某火电厂燃煤锅炉过热蒸汽温度进行了仿真研究。在分析蒸汽温度系统工作过程、调节对象及其动态特性的基础上，构建了系统的结构模型；在对火电厂过热汽温控制对象特点分析的基础上，保留串级控制抗内扰的性能，结合模糊控制动态特性好的特点，提出了一种复合模糊串级控制设计方法。该方法综合了模糊控制和PI控制的优点，增强了系统的鲁棒性，仿真研究结果也证明该方法有效。     

模糊控制在直流蒸汽发生器中的应用

针对直流蒸汽发生器非线性、时变、结构参数变化范围比较大的特性,提出了模糊控制策略。本文介绍了模糊控制在直流控制器蒸汽压力控制中的应用。仿真结果表明,与常规串级控制相比,能更有效改善系统的动态性能。研究结果对直流蒸汽发生器进一步应用研究具有一定的参考价值。     

基于权重因子自校正的主蒸汽温度外挂广义预测串级控制

针对电厂目前普遍采用PI-PI串级控制器调节锅炉主蒸汽温度系统, 不能有效克服惯性、时滞和参数时变等问题的影响, 本文提出了一种理想GPC (Generalized predictive control)-PI串级控制器. 首先, 该理想串级控制器不仅能抑制一次和二次扰动, 而且外环GPC通过对主蒸汽温度的多步预测, 并结合滚动优化技术能有效克服主蒸汽温度系统的惯性和时滞问题. 另外, 针对主蒸汽温度系统参数时变的特性, 该理想控制器采用了T-S (Takagi-Sugeno)型模糊神经网络(Fuzzy neural network, FNN)作为主蒸汽温度模型, 该模型能够通过反馈校正技术实时更新模型参数. 同时, 为了改善主蒸汽温度系统动态响应品质和稳定性, 对外环GPC中的权重因子进行了模糊自校正设计, 通过理论分析和对比仿真验证了该理想GPC-PI串级控制器优于权重因子固定的GPC-PI和PI-PI串级控制器. 最后, 考虑到直接将电厂集散控制系统(Distributed control system, DCS)中的PI-PI串级控制器升级为理想GPC-PI串级控制器存在安全以及风险责任等问题, 故将电厂的传统PI-PI串级控制器升级成外挂的GPC-PI-PI串级控制器, 既改善了锅炉主蒸汽温度的控制效果又规避了风险责任, 实际应用验证了该方法的有效性.     

槽式太阳能热发电储热系统控制策略研究

储热系统(TESS)是槽式太阳能热发电系统的重要组成部分。由于太阳能资源具有强烈的随机性、间歇性与波动性,为进一步提高系统的整体可靠性,以满足变工况运行的需要,对槽式太阳能储热系统控制策略进行了优化研究。以储热系统中的核心设备油/盐换热器里的熔融盐蓄热工质为重点研究对象,采用比例、积分、微分(PID)控制理论,在MATLAB/Simulink仿真环境下搭建了系统数学模型。利用临界比例度法确定了控制系统中诸多关键参数,整定了PID控制器中的比例系数、积分时间等物理量,并分析了阶跃扰动下比例(P)控制、比例积分(PI)控制、PID控制这3类不同控制系统的各自动态响应特性。仿真对比分析结果表明:较另外2种控制方式,PID控制更能有效地削弱由于外界扰动而引起的储热系统振荡,其动态响应速度更快、调节时间更短,可满足运行稳定性的要求。采用PID控制,降低了槽式太阳能储热系统的控制难度,提高了对外界气象资源变化的适应性。该研究结果在学术与工程层面均有一定的指导意义。     

Dynamic output feedback controller design for fuzzy systems

This paper presents dynamic output feedback controller design for fuzzy dynamic systems. Three kinds of controller design methods are proposed based on a smooth Lyapunov function or a piecewise smooth Lyapunov function. The controller design involves solving a set of linear matrix inequalities (LMI's) and the control laws are numerically tractable via LMI techniques. The global stability of the closed-loop fuzzy control system is also established.     

Nonlinear Observer-based Control Design and Experimental Validation for Gasoline Engines with Exhaust Gas Recirculation

This paper presents a nonlinear observer-based control design approach for gasoline engines equipped with exhaust gas recirculation (EGR) system. A mean value engine model is designed for control which includes both the intake manifold and exhaust manifold dynamic focused on gas mass flows. Then, the nonlinear feedback controller based on the developed model is designed for the state tracking control, and the stability of the close loop system is guaranteed by a constructed Lyapunov function. Since the exhaust manifold pressure is usually unmeasurable in the production engines, a nonlinear observer-based feedback controller is proposed by using standard sensors equipped on the engine, and the asymptotic stability of the both observer dynamic system and control dynamic system are guaranteed with Lyapunov design assisted by the detail analysis of the model. The experimental validations show that the observer-based nonlinear feedback controller is able to regulate the intake pressure and exhaust pressure state to the desired values during both the steady-state and transient conditions quickly by only using the standard sensors.     

深空环境下三星库仑编队重构控制研究

本文研究了深空环境下三星库仑编队构型重构控制问题.首先考虑外界环境干扰作用(主要以太阳光压为主)和德拜效应影响,推导出精确的三星库仑编队动力学方程.针对库仑编队动力学特性和太阳光压对于编队任务控制精度的影响,设计基于BP神经网络的PID控制方法.PID控制结构简单,稳定性好,BP神经网络具有超强的自主学习和非线性逼近干扰能力,二者有机结合,通过BP神经网络输出最优的PID控制参数组合,改变卫星所带电荷从而改变卫星之间库仑力大小,使编队渐近稳定并按期望距离和构型飞行.仿真结果表明基于BP神经网络PID控制性能明显优于传统PID控制,大大提高了编队控制精度和系统对于外界干扰的鲁棒性.     

模糊动态系统的H∞输出反馈控制设计——应用线性矩阵不等式的算法

讨论了一类能用模糊动态系统模型表示的非线性系统的H∞输出反馈控制的设计. 分别基于一个共同的李亚普诺夫方程和一个分段微分的李亚普诺夫方程,给出了两种H∞ 输出反馈模糊控制的新设计方法.通过解一组线性矩阵不等式,可以得到H∞输出反馈控 制器.最后,举例说明了这两种新的设计方法.     

Nonlinear robust state feedback control system design for nonlinear uncertain systems

This paper presents a systematic approach to the design of a nonlinear robust dynamic state feedback controller for nonlinear uncertain systems using copies of the plant nonlinearities. The technique is based on the use of integral quadratic constraints and minimax linear quadratic regulator control, and uses a structured uncertainty representation. The approach combines a linear state feedback guaranteed cost controller and copies of the plant nonlinearities to form a robust nonlinear controller with a novel control architecture. A nonlinear state feedback controller is designed for a synchronous machine using the proposed method. The design provides improved stability and transient response in the presence of uncertainty and nonlinearity in the system and also provides a guaranteed bound on the cost function. An automatic voltage regulator to track reference terminal voltage is also provided by a state feedback equivalent robust nonlinear proportional integral controller. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于控制参数化的注塑工业过程最优反馈控制方法

本文针对一类典型的注塑工业过程系统, 研究了注塑填充过程中产生的熔体流动速度最优跟踪控制问题, 提出了一种基于控制参数化的计算最优反馈控制器设计方法以实现注塑过程中熔融聚合物流动前沿位移的最优跟 踪控制, 进而达到改善注塑零件性能的高效生产目标. 首先, 面向注塑工艺复杂生产过程建立了动态过程系统数学 模型, 提出了注塑机内部熔融聚合物流动前沿位置的动态最优跟踪控制问题; 其次, 设计了一种多级反馈控制律, 通 过控制参数化方法将控制反馈核进行了参数化表示, 将控制器设计问题转化为一序列最优参数决策问题; 然后, 通 过状态灵敏度方程分析方法, 求解出了目标函数及约束条件关于决策变量参数梯度信息的显式表达式, 并基于所提 供的梯度信息结合序列二次规划算法进行了高效优化迭代求解; 最后, 通过实验仿真验证了本文所提出的最优反 馈控制器设计方法的可行性和有效性.     

线性时滞系统的耗散控制

从全新的二次型供给率的耗散角度，研究了线性时滞系统的二次稳定性和耗散控制问题，给出了线性矩阵不等式(LMI)形式的充分条件。而且，考虑了时滞系统在状态反馈控制器和动态输出反馈控制器作用下的闭环系统的二次稳定和耗散性问题，同样给出了LMI形式的充分条件，并通过线性矩阵不等式的可行解构造出耗散状态反馈控制律和动态输出反馈控制律。     

Hybrid Dynamic Control Algorithm for Humanoid Robots Based on Reinforcement Learning

In this paper, hybrid integrated dynamic control algorithm for humanoid locomotion mechanism is presented. The proposed structure of controller involves two feedback loops: model-based dynamic controller including impart-force controller and reinforcement learning feedback controller around zero-moment point. The proposed new reinforcement learning algorithm is based on modified version of actor-critic architecture for dynamic reactive compensation. Simulation experiments were carried out in order to validate the proposed control approach.The obtained simulation results served as the basis for a critical evaluation of the controller performance.     

Process and control design of high-temperature solar receivers: An integrated approach

Process dynamics of high-temperature solar receivers exhibit quite peculiar interactions with basic design parameters. The difficult task of controlling receiver temperatures when clouds pass over the mirror field calls for control systems whose sophistication and cost are significantly affected by the process dynamics, in particular by the possible presence of a nonminimum-phase function in the principal control loop. This paper illustrates an integrated approach to the process and control design, based on the identification of the principal relationships between free design parameters and process dynamics and on the concept of a new temperature controller applying predictive feedback of a suitable set of fluid temperatures. Special reference is made to the design of a real solar pilot plant equipped with a sodium-cooled solar receiver.     

Two-wheeled mobile robot motion control in dynamic environments

In this paper, a feedback control scheme of a two-wheeled mobile robot is explored in dynamic environments. In the existence of local minima, the design of controller is based on Lyapunov function candidate and considers virtual forces information including detouring force. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed control scheme.