检索结果-内蒙古大学图书馆

电光与控制 2021年第9期28卷 1-5页

作者：刘帅赵国荣韩旭李海君海军航空大学山东烟台264000 中国人民解放军91001部队北京100000 中国人民解放军91115部队浙江舟山316000

研究了网络约束下的组网运动体姿态估计问题。通过在运动体上固定多个组网节点构造基线矢量,利用节点间共享的位置信息和相对测距信息,建立基于基线矢量的非线性姿态测量模型。采用预测补偿策略处理丢包问题,根据随机最小二乘准则构造... 详细信息

研究了网络约束下的组网运动体姿态估计问题。通过在运动体上固定多个组网节点构造基线矢量,利用节点间共享的位置信息和相对测距信息,建立基于基线矢量的非线性姿态测量模型。采用预测补偿策略处理丢包问题,根据随机最小二乘准则构造带有界不确定参数的代价函数,通过滚动求解约束min-max问题得到鲁棒滚动时域姿态估计器。最后,通过仿真验证了所提算法的有效性,并分析了丢包率对姿态测量精度的影响。

关键词：组网测姿组网导航姿态估计丢包模型不确定性滚动时域估计

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槽式太阳能发电系统的动态建模及先进控制策略研究

槽式太阳能发电系统的动态建模及先进控制策略研究

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作者：梁修凡东南大学

学位级别：博士

传统的化石能源面临枯竭和环境污染的问题。为解决这些问题,世界各国均把开发可再生能源作为未来的能源发展战略。太阳能是全球储量最丰富的可再生能源之一,因此,太阳能发电技术在工业界得到了广泛的应用。目前,太阳能发电技术可分为两... 详细信息

传统的化石能源面临枯竭和环境污染的问题。为解决这些问题,世界各国均把开发可再生能源作为未来的能源发展战略。太阳能是全球储量最丰富的可再生能源之一,因此,太阳能发电技术在工业界得到了广泛的应用。目前,太阳能发电技术可分为两类:光伏发电和光热发电。跟光伏发电技术不同,光热发电技术利用光热转换产生高温蒸汽推动汽轮机发电,因此,光热电站与传统火力发电机组有相似的电力输出特性,且并网容易。光热发电技术的另一个优势是储能的难度和成本较低,因为其采用的储能方式是热储能而非化学储能。目前,槽式太阳能光热(PTC-CSP)发电技术是主流的商用光热发电技术之一。虽然相关技术已得到了广泛的关注,但其控制问题仍然没有得到充分的研究。其中,光热电站最重要的执行层协调控制问题几乎没有文献进行研究。为此,本文首先研究了槽式光热电站的简化动态建模技术,并以该模型作为仿真平台,研究光热电站的决策层和执行层控制问题,并把先进的控制算法应用于光热电站以提升其控制效果。本文的主要内容包括:(1)针对现有光热电站模型比较复杂,难以方便地应用于控制系统仿真的问题,建立了直接储能式和非直接储能式光热电站的整体简化动态模型,包括:集热系统、储热系统、汽水系统和发电系统,并基于该模型对光热电站的稳态和动态特性进行了研究和验证。该模型忽略了影响系统整体建模的一些次要因素,如管路,阀门和泵的动态特性等。因此,所建的模型既避免了复杂的建模过程,又能反映系统核心动态特性,从而能够为控制系统的仿真和控制策略的验证提供支撑。(2)分别采用基于混合整数规划和基于极大值原理的方法研究了存在光照和电价预测不确定性的槽式光热电站经济性调度问题(即决策层控制问题)。基于混合整数规划的调度是指直接建立调度问题的混合整数规划数学模型并进行求解。在该方法的框架下,本文采用一种等效线性鲁棒调度法和一种改进的随机调度方法处理预测不确定性对调度问题的影响。等效线性鲁棒调度法是一种保守的方法,能够同时考虑考虑预测不确定性对调度性能指标和约束的影响。改进的随机调度方法则能够平衡调度的经济性和保守性。基于混合整数规划的调度方法对调度问题的描述较为准确,因此其调度结果精度较高。但混合整数规划问题的求解速度较慢且求解结果不可靠。为此,本文研究了一种基于极大值原理的调度方法,该方法能够避免求解混合整数规划问题,求解速度极快,求解结果可靠。在此基础上,进一步采用蒙特卡洛仿真模拟光照和电价的不确定性,并采用加权的方式降低不确定性对调度结果的影响。最后,本文把这两种方法进行了比较,并分析了如何选择合适的调度方法。(3)研究了槽式光热电站的执行层控制方案。针对槽式光热电站存在的大惯性、强耦合、输入通道延迟时间不一致等问题,提出了一种基于扩展输入输出状态空间模型的预测控制方法。该方法能够处理常规状态空间预测控制所无法处理的输入通道延迟时间不一致的问题,且避免了状态观测器的设计,降低了算法设计的复杂度。为抑制光照扰动对控制系统的影响,把滚动时域估计方法应用于光照强度的估计,并在此基础上,设计了前馈控制器。最后,为进一步降低扰动对发电功率的影响,提出了一种基于能量平衡的扰动抑制方法,该方法通过与前馈控制器协同作用,能够显著降低光照扰动对发电功率的影响。

关键词：槽式太阳能光热电站经济性调度滚动时域估计扩展输入输出状态空间模型预测控制扰动抑制

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弹性高超声速飞行器的状态/参数估计与分层滑模控制

弹性高超声速飞行器的状态/参数估计与分层滑模控制

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作者：陈尔康哈尔滨工业大学

学位级别：博士

以美国的先进高超声速武器(Advanced Hypersonic Weapon,AHW)为代表的高超声速飞行器具有改变未来战争形态的潜力,是飞行器的一个重要发展方向。为满足高速和大射程的要求,这类高超声速飞行器都具有较大的长细比和较轻的结构质量,导致... 详细信息

以美国的先进高超声速武器(Advanced Hypersonic Weapon,AHW)为代表的高超声速飞行器具有改变未来战争形态的潜力,是飞行器的一个重要发展方向。为满足高速和大射程的要求,这类高超声速飞行器都具有较大的长细比和较轻的结构质量,导致其弹性振动模态固有频率较低,与刚体运动模态频率接近,二者之间的耦合效应不可忽略。本文着眼于弹性振动对飞行器动态特性和飞行控制系统的影响,针对控制回路内传感器受弹性振动影响导致控制系统性能下降(甚至失稳)的问题,研究了弹性高超声速飞行器的动力学建模、刚体/弹性/控制耦合特性分析、状态/参数联合估计和姿态控制问题,主要包括以下几部分内容:首先,研究了弹性高超声速飞行器的动力学建模问题。通过引入瞬态坐标系克服了未变形飞行器固联坐标系的“准速度”问题,实现了质心运动与绕质心转动和弹性振动的解耦。在此基础上利用拟坐标形式的拉格朗日方法推导得到了完整动力学模型。并对完整动力学模型进行了简化和分析。为后续耦合特性分析、状态/参数估计算法和姿态控制方法研究奠定了基础。其次,分析了弹性高超声速飞行器的刚体/弹性/控制耦合特性。在开环的情况下分析了弹性模型的平衡点,并在平衡点处对模型进行线性化,然后运用线性系统理论完成了运动模态和频域特性分析。在此基础上,分别针对常用的PD控制和滑模控制分析了刚体/弹性/控制耦合特性,给出了姿态控制系统稳定性的分析结果。此外,还研究了刚体/弹性/控制耦合效应的抑制方法,对工程上常用的结构陷波器进行了改进,提出了有限记忆自适应结构陷波器,并通过仿真验证了该方法的有效性。最后针对弹性高超声速飞行器的参数不确定性,分析了刚体/弹性/控制耦合对系统鲁棒稳定性的影响。再次,研究了弹性高超声速飞行器的状态/参数估计问题,在不增加其他种类传感器的情况下,利用已有的陀螺量测信息对系统状态和参数进行估计。为提高估计精度,提出了一种传感器布置的优化算法,并计算得到了最优传感器布置方案。在此基础上,引入了一种新型的滚动时域估计算法,对其稳定性进行了分析,得到了算法稳定的充分条件。基于该充分条件提出了一种新型的基于QR分解的到达代价更新算法,仿真分析表明该算法能够有效提高估计精度和计算速度。最后,研究了弹性高超声速飞行器的姿态控制问题,设计了弹性高超声速飞行器的姿态控制系统。其中,滚转通道控制系统利用改进非奇异快速终端滑模控制方法和脉冲宽度调制器实现滚转角的稳定控制。纵侧向通道控制系统由滚动时域估计器、滑模干扰观测器和自适应分层滑模控制器组成。其中,滚动时域估计器根据陀螺的量测信号估计飞行器的当前状态和参数。滑模干扰观测器对包含高阶弹性模态、参数不确定性和外部扰动的综合干扰进行估计。自适应分层滑模控制器根据指令姿态和估计状态计算出舵偏,利用分层滑模控制的特点完成欠驱动系统的控制。仿真结果表明,在参数拉偏、存在外部扰动和考虑气动加热影响的情况下,弹性高超声速飞行器的姿态和弹性模态广义坐标均能快速收敛至目标值,姿态控制系统能够完成姿态控制和弹性振动抑制的控制目标。

关键词：弹性高超声速飞行器动力学建模滚动时域估计分层滑模控制自适应控制

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基于非线性模型预测控制的无人船路径跟踪方法研究

基于非线性模型预测控制的无人船路径跟踪方法研究

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作者：刘昊哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

海洋强国战略与海洋自主化的大趋势促进了学术界与工业界对水面无人船的需求与研究。无人船运行环境的复杂性导致了对其控制的难度会大幅增大。非线性模型预测控制(NMPC)是一种实用性较强的现代控制方法,算法天然地支持对被控系统施加... 详细信息

海洋强国战略与海洋自主化的大趋势促进了学术界与工业界对水面无人船的需求与研究。无人船运行环境的复杂性导致了对其控制的难度会大幅增大。非线性模型预测控制(NMPC)是一种实用性较强的现代控制方法,算法天然地支持对被控系统施加各种约束条件,但计算量相对于其他控制算法更大,不过随着计算机硬件水平的大幅进步,NMPC控制器已经广泛应用于自动驾驶等领域。本文研究NMPC控制方法在无人船跟踪控制方面的应用,主要分为以下三个部分:(1)提出了一种基于最优化理论的模型参数估计方法。NMPC控制器的设计需要使用被控对象的系统模型来进行系统状态的预测,基于无人船三自由度动力学模型,利用最优化方法最小化系统实际响应与模型推导响应之间的偏差,从而得到模型中未知的水动力学参数。本文采集特定船型在仿真环境中足够长时间内的运动数据,并尽可能多地反映各个自由度的运动来提高参数估计的精度。实验结果表明该方法估计出的模型参数能够使系统模型的状态响应与系统实际响应充分接近。(2)实现了具有热启动能力的NMPC无人船路径跟踪控制器。参考路径由路径规划算法得到,通过协调路径搜索的分辨率以及无人船的速度与控制器参考模型的离散步长简化优化目标中各计算点的参考值,并通过调整各个系统状态误差的权重提高控制器的性能。设计热启动步骤能够加快计算速度,通过物理仿真环境进行了控制算法有效性的验证,结果表明了该控制器能实现快速精确跟踪。(3)设计了基于滚动时域估计(NMHE)的环境干扰作用的估计方法提升控制器的自适应能力。通过对比存在干扰作用时是否使用NMHE方法的控制器效果,可以发现NMHE算法即使不能足够准确地估计出环境干扰作用,也可以大幅提高NMPC路径跟踪控制器的控制效果,一定程度上弥补了基于模型的控制器方法的缺陷。

关键词：水面无人船路径跟踪控制模型预测控制滚动时域估计

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融合机理和现场数据的磨煤机状态监测及故障诊断方法研究

融合机理和现场数据的磨煤机状态监测及故障诊断方法研究

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作者：梁修凡东南大学

学位级别：硕士

电站磨煤机是锅炉燃烧制粉系统的核心设备,其工作状况对整个电厂系统运行的安全和经济性具有重要的影响。研究磨煤机的状态监测及故障诊断方法对磨煤机的控制和安全运行具有重要的意义。要实现对磨煤机状态的准确监测和对磨煤机故障的... 详细信息

电站磨煤机是锅炉燃烧制粉系统的核心设备,其工作状况对整个电厂系统运行的安全和经济性具有重要的影响。研究磨煤机的状态监测及故障诊断方法对磨煤机的控制和安全运行具有重要的意义。要实现对磨煤机状态的准确监测和对磨煤机故障的准确诊断,首先要对磨煤机的动态特性精确建模。而磨煤机是一个具有非线性,时变,大延迟特点的工业对象,传统的基于数据驱动的方法难以建立能准确反映磨煤机特性的数学模型。灰箱建模的方法同时结合了磨煤机内部过程的机理特性和现场数据,能较好地反映磨煤机大迟延,非线性等特点,比纯粹基于数据的方法具有更高的精度。传统的基于模型的磨煤机状态监测方法是扩展卡尔曼滤波器(EKF)。但在实际应用中,工业过程有时变特性,并存在测量噪声和过程干扰,这可能会导致扩展卡尔曼滤波器发散,并使估计值包含较多噪声成分,产生较大的波动,降低状态估计的准确性。这对磨煤机的控制和故障检测都是不利的。因此需要研究鲁棒性和准确性更强的状态监测方法：滚动时域估计算法(MHE)。常规的状态监测算法把磨煤机整体当做一个非线性系统进行状态估计,本文把磨煤机整体当做分段线性的时变系统进行状态估计。这样既能提高估计的精度,又极大缩减了估计算法的计算开销,使滚动时域估计算法能够在线实施。基于模式识别的故障诊断诊断方法需要同时获取故障数据和正常运行数据才能进行故障诊断。本文对磨煤机常见故障进行建模,并研究了基于残差的故障诊断方法。本文的方法无需获取故障数据就能进行故障诊断。本文采用统计学的方法对故障残差进行分析,并采用T2统计量对故障进行预报,能够控制故障的误报率和诊断的灵敏度,同时,研究了多尺度小波分析方法在故障分类中的应用。本文的主要内容包括：1、根据磨煤机的质量平衡,能量平衡和流体动量平衡原理,建立了磨煤机灰箱模型,采用现场数据和遗传算法对灰箱模型的参数进行辨识,并使用不同工况下的现场数据对灰箱模型进行验证。2、分析了磨煤机有哪些重要的不可测参数及其对磨煤机运行的影响,并在此基础上,研究了基于灰箱模型的状态监测算法：扩展卡尔曼滤波器和滚动时域估计。本文首先把磨煤机整体当做一个非线性系统设计状态估计算法,并通过仿真对EKF算法和MHE算法进行比较,验证MHE算法的优越性。然后,本文把磨煤机作为分段线性的时变系统设计MHE算法。最后通过仿真实验对算法结果进行验证和分析。3、分析了磨煤机常见故障的特征,并对几种常见故障进行模拟,采用统计学方法对故障残差进行分析,实现对故障的早期预报,在故障预警后,采用多尺度小波分析方法对输出残差的趋势进行分析,并根据残差的趋势对故障类型进行判断。

关键词：磨煤机灰箱模型遗传算法滚动时域估计故障诊断

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GNSS/INS紧组合导航系统半物理仿真与非线性优化技术

GNSS/INS紧组合导航系统半物理仿真与非线性优化技术

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作者：伍星华上海交通大学

学位级别：硕士

GNSS(Global Navigation Satellite System)和INS(Inertial Navigation System)优劣互补,成为应用最广泛的导航系统组合形式。但是,目前对于GNSS/INS组合导航算法和系统的性能测试主要是通过实际运行测试和数学仿真的方法实现,都不能兼... 详细信息

GNSS(Global Navigation Satellite System)和INS(Inertial Navigation System)优劣互补,成为应用最广泛的导航系统组合形式。但是,目前对于GNSS/INS组合导航算法和系统的性能测试主要是通过实际运行测试和数学仿真的方法实现,都不能兼顾到可靠性和测试成本。将半物理仿真技术应用于组合导航系统,充分结合了实物仿真和数值仿真的优势,具有高真实性、可靠性和通用性,对于军用和民用导航系统的研发和测试都具有十分重要的意义。受航天七院项目的资助,本文以GNSS/INS紧组合导航数据融合理论与算法为研究对象,以组合导航系统的测试理论与方法为研究依据,针对现阶段GNSS/INS组合导航系统测试方法的缺陷,对基于硬件在环的组合导航系统进行了方案设计和实施,将三轴转台初始对准与标定测试后,搭建了基于三轴转台和卫星导航模拟器的半物理仿真测试系统。为更有效地排除非线性因素对紧组合导航系统的干扰,本文还提出牛顿迭代滚动时域估计算法,并通过车载实验和半物理仿真测试系统验证新算法的有效性。论文的主要工作概括如下:1、比较分析了GNSS/INS不同组合模式及其原理和结构,主要研究了紧组合模式的导航系统模型,推导出它们的状态方程和量测方程,并以此建立了由MATLAB编写的SINS(Strapdown Inertial Navigation System)/GPS紧组合仿真软件。2、通过对惯性器件误差模型的学习,确定了需要测量的误差模型参数;结合国军标以及特定应用场景,制定了相应的测试大纲,确定了测试参数及测试方法;完成了光纤IMU(Inertial Measurement Unit)的陀螺仪和加速度计的标定工作。3、针对现阶段GNSS/INS组合导航系统测试方法的缺陷,本文对基于硬件在环的组合导航系统进行了方案设计和实施,搭建了组合导航半物理仿真测试系统,可用于算法性能检验、器件调试、组合导航系统演示和验证。4、提出了基于牛顿迭代的滚动时域估计紧组合导航算法,该算法能有效降低导航系统非线性特征带来的不利影响,同时该算法对惯导器件没有额外的性能要求,在手机、车载导航等大众应用场景都有着广阔的发展前景。5、通过车载实验采集实际数据,再经过基于MATLAB的SINS/GPS紧组合仿真软件验证,相比于扩展卡尔曼滤波,新算法有效提升了车辆的导航定位精度和速度精度。6、通过搭建的半物理仿真测试系统验证,相比于无迹卡尔曼滤波,新算法有效提升了紧组合导航系统在动态场景下的姿态、速度、位置精度。

关键词：卫星导航惯性导航紧组合导航系统半物理仿真滚动时域估计

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基于多Agent舰艇协同防空智能规划研究

基于多Agent舰艇协同防空智能规划研究

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作者：崔婧国防科学技术大学

学位级别：硕士

联合作战作为一种与信息化战争形态相适应的作战方式，对作战决策的实时性和有效性要求越来越高。分析预警系统防御作战的能力，探索实时有效的作战计划生成方式就成为一个关键性问题。提出适应动态环境、具备在线特性的行动规划和武器... 详细信息

联合作战作为一种与信息化战争形态相适应的作战方式，对作战决策的实时性和有效性要求越来越高。分析预警系统防御作战的能力，探索实时有效的作战计划生成方式就成为一个关键性问题。提出适应动态环境、具备在线特性的行动规划和武器资源分配方法，成为具备理论价值和现实意义的问题。舰队防空能力的强弱是海上力量由积极防御型向攻防兼备型转化的决定性因素，而规划方案的好坏直接影响到整体作战效能的高低。本文研究舰艇防空资源分配和任务规划问题，提出了一种综合动态弹目分配以及舰艇协同的舰艇防空问题联合求解方法。求解结果是整个防御行动中每艘舰艇的防御计划以及舰艇协同的作战计划。该方法先通过人工智能的自动规划给出单个舰艇防空的动作建模和完成任务动作序列的求解，然后使用基于多Agent系统的方法完成舰艇之间的协同。使用这样的联合求解方法一次规划就可以得到符合要求的任务分配方案以及各个舰艇的作战行动序列。本文围绕这一方法展开如下几方面的研究工作：第一，完成了对单舰艇防空问题的自动规划方法研究。首先给出舰艇防空规划的基本要素以及相关约束的逻辑表示，介绍舰艇防空问题资源分配的基本方法，然后重点对基于自动规划的资源规划方法及其相关技术进行了详细描述，并提出了舰艇防空资源分配问题的自动规划求解的方法。第二，完成了对舰队防空雷达网协同控制问题研究。首先建立了基于多Agent系统元层控制的舰队防空雷达网协同控制模型，给出求解雷达协同控制的基本方法，然后重点讨论了基于多Agent系统元层控制的协同控制方法及滚动时域估计等关键技术点。详细介绍本文提出的综合单舰艇自动规划和舰艇防空雷达网协同的联合方法，并分别对基于自动规划的资源规划方法和基于多Agent系统元层控制雷达协同方法进行了仿真分析。

关键词：联合作战舰艇防空资源分配智能规划多Agent系统协同控制滚动时域估计

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模型参数在线优化校正技术及其在PVC生产过程中的应用研究

模型参数在线优化校正技术及其在PVC生产过程中的应用研究

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作者：逯振飞浙江工业大学

学位级别：硕士

在实际工业过程中,依据守恒原理建立的过程模型的参数往往随时间会发生明显的改变。为了能够有效的实现过程优化操作,常常需要对过程模型进行在线参数估计。模型参数在线估计方法主要分两种,滤波方法和滚动时域估计方法。前者在处理类... 详细信息

在实际工业过程中,依据守恒原理建立的过程模型的参数往往随时间会发生明显的改变。为了能够有效的实现过程优化操作,常常需要对过程模型进行在线参数估计。模型参数在线估计方法主要分两种,滤波方法和滚动时域估计方法。前者在处理类似线性无约束系统时有着良好的适用性。但是,聚合模型大多属于非线性约束系统模型,使得滤波方法受到很大的限制。滚动时域估计(MHE)方法是一种解决非线性系统模型在线优化校正问题的实用方法。它通过将估计问题转化为优化问题,同时又能包含系统的约束条件,利用在线滚动优化使估计问题得以动态满足。滚动时域估计使用固定窗口内的数据,降低了优化问题的维数,减少了在线优化问题的计算负荷。本文中将重点研究MHE算法,以解决聚合反应过程模型的参数在线优化校正问题。本文的主要工作： (1)针对氯乙烯悬浮聚合过程的机理模型进行了详细的总结和研究,建立了详细的聚合过程机理模型。但是基于详细氯乙烯聚合过程机理模型的在线优化校正存在计算复杂等问题,本文针对详细的机理模型给予合理的假设,得到了简化的机理模型,为模型参数的在线估计提供了模型基础。 (2)详细分析了各种在线估计方法的优缺点,选择MHE方法作为非线性过程模型在线估计的基本算法。针对过程模型非线性强,求导困难的问题,本文中采用蒙特卡罗(MC)作为寻优方法与MHE相结合,利用MHE获得优化问题的目标函数,MC用于目标函数的寻优。参照聚合过程的模型特征,提出了用于验证本文算法有效性的基准模型,利用提出算法对基准模型进行在线参数估计,取得了良好的应用效果。 (3)总结和分析了MHE方法中关键问题Arrival Cost的计算方法。针对简化计算Arrival Cost带来的精度问题,提出采用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法来近似估算目标函数中的Arrival Cost。首先应用常见的对称采样策略,将UKF算法应用于MHE中,并将得到的MHE方法应用于基准模型的在线参数估计,取得了较好的估计效果。通过研究UKF算法的应用结果,发现在采样策略的选择上存在一定的不足之处。经过理论分析,提出了一种基于两种采样策略自适应切换的采样策略,并将改进后的UKF算法应用于基准模型的在线优化校正,与前两种方法相比较,克服了存在的问题,取得了较好的估计效果。 (4)针对PVC聚合生产过程反应机理复杂、强非线性和时变的特点,本文通过建立氯乙烯悬浮聚合过程的简化机理模型,将改进的MHE算法应用于PVC聚合过程的模型参数在线校正,有效地解决了PVC聚合过程模型参数的在线估计问题,提高了机理模型的在线应用能力。这也为先进控制和优化策略在聚氯乙烯过程中的应用提供了良好的基础。

关键词：聚氯乙烯模型在线校正滚动时域估计 MC UKF

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基于简化ASM1模型的曝气过程动态优化及控制

基于简化ASM1模型的曝气过程动态优化及控制

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作者：舒海涛华东理工大学

学位级别：硕士

随着国家大力提倡节能减排,在环保要求日益严格的趋势下,对污水处理厂进行优化运行、降低能耗的研究具有重要的意义。曝气过程是污水处理过程中能耗最大的环节,本文将动态优化技术应用到污水处理过程中的曝气环节,对曝气过程进行了动态... 详细信息

随着国家大力提倡节能减排,在环保要求日益严格的趋势下,对污水处理厂进行优化运行、降低能耗的研究具有重要的意义。曝气过程是污水处理过程中能耗最大的环节,本文将动态优化技术应用到污水处理过程中的曝气环节,对曝气过程进行了动态优化及控制的研究。 (1)在介绍“活性污泥1号模型”ASM1的基础上,基于本文研究曝气过程中能量消耗的目的,对ASM1模型进行了合理的简化,建立了基于简化ASM1模型的曝气系统数学模型。对模型进行了验证,结果表明简化模型是正确的。 (2)本文模拟活性污泥法污水处理过程“1号基准仿真模型”BSM1第五池的曝气过程,运用AMPL建模语言对曝气系统建立仿真模型。对于模型的求解,是把控制变量和状态变量在每一个时间单元(有限元)内进行离散,把原来非线性微分代数方程组的DAE系统转化为非线性代数方程组,调用IPOPT解法器求解NLP问题来实现的。该仿真模型的建立,为以后对曝气过程动态优化及控制的研究提供了平台。 (3)以曝气能量函数作为动态优化的目标函数建立了曝气系统的动态优化模型。在动态入水的条件下进行仿真,给出了动态优化的结果。优化结果满足动态优化模型的约束条件并找到了最优解,实现了污水处理曝气过程的动态优化。 (4)以曝气能量函数作为性能指标的一部分建立了曝气系统的预测控制模型,在动态入水的条件下进行仿真并对比了PID定值控制的结果。结果表明,选取不同的权系数可以得到不同的控制结果,当曝气权系数Q=0.075,误差权系数R=10时达到了控制要求,比PID定制控制节约了3.2%的能耗。 (5)建立了曝气系统滚动时域估计模型并进行仿真。对比了不同窗口长度下的估计结果。当窗口长度为4个有限元时达到了估计的效果。估计结果表明将动态优化的思想应用到滚动时域估计的求解中是成功的。

关键词：污水处理 ASM1 动态优化预测控制滚动时域估计

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水泥回转窑的温度估计研究

水泥回转窑的温度估计研究

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作者：李兆钢济南大学

学位级别：硕士

新型干法水泥生产技术是目前最为先进的水泥生产技术,水泥回转窑当属生产线上最为核心的设备,对水泥熟料的质量、产量产生直接影响,是节约资源、降低能耗的关键。研究水泥回转窑温度估计方法,使操作人员或着自动控制设备提前得到温度预... 详细信息

新型干法水泥生产技术是目前最为先进的水泥生产技术,水泥回转窑当属生产线上最为核心的设备,对水泥熟料的质量、产量产生直接影响,是节约资源、降低能耗的关键。研究水泥回转窑温度估计方法,使操作人员或着自动控制设备提前得到温度预测结果,在此基础上,对回转窑热工参数进行调整和控制,对于提高水泥熟料质量、产量,节能降耗十分必要。首先,本文介绍了水泥回转窑温度检测的研究现状,并总结了在温度估计方面的研究成果。通过分析水泥回转窑烧成系统的工艺流程及物理化学反应,总结影响水泥回转窑内温度的主要工艺参数,并根据物料质量守恒、物料能量守恒、气体能量守恒和氧气浓度守恒建立了划分工艺带的水泥回转窑第一原理模型,并通过仿真验证模型的合理性。其次,在建立的水泥回转窑第一原理模型上,进行分析、简化,得到水泥回转窑温度第一原理模型,进而对此模型线性化,得到水泥回转窑温度状态空间模型,在运用扩展卡尔曼滤波算法时,为了减小状态空间模型带来的稳态偏差,采用水泥回转窑温度第一原理模型来计算状态的先验估计,进而对水泥回转窑温度进行估计,并且与采用卡尔曼滤波算法的温度估计进行仿真对比。最后,在水泥回转窑温度状态空间模型的基础上,运用滚动时域估计算法对水泥回转窑温度进行估计。为了避免全信息滚动时域估计造成的数据爆炸和提高效率,用卡尔曼估计原理计算到达代价,进而对水泥回转窑温度进行估计。

关键词：回转窑温度估计机理模型卡尔曼滤波扩展卡尔曼滤波滚动时域估计

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