在国家积极应对温室效应、落实碳达峰碳中和的政策背景下,发展燃煤火电机组（Coal-fired Power Plant,CFPP）燃烧后CO2捕集（Post-Combustion CO2 Capture,PCC）技术是我国减少CO2排放和实现可持续发展的重要手段。由于单乙醇胺（Monoet...
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在国家积极应对温室效应、落实碳达峰碳中和的政策背景下,发展燃煤火电机组（Coal-fired Power Plant,CFPP）燃烧后CO2捕集（Post-Combustion CO2 Capture,PCC）技术是我国减少CO2排放和实现可持续发展的重要手段。由于单乙醇胺（Monoethanolamine,MEA）溶剂非常适合处理燃煤电厂低CO2分压的烟气,并且与现有燃煤电厂兼容度较高,因此基于MEA的燃烧后CO2捕集技术成为目前捕集效率最高、应用前景最广阔的技术之一。随着这一技术不断的推广,PCC系统的建模和优化控制已经成为一个热门研究课题,该系统为典型的多变量系统,同时存在强非线性、大滞后性和强约束性等多种复杂特性。深入研究PCC过程的工艺流程、动态变化规律,并采用先进控制策略进行控制,对保证系统灵活运行,同时提高工厂经济效益显得尤为关键。基于以上背景,本文主要研究内容包括:（1）根据系统的工艺流程和化学反应过程分别在Aspen Plus?和Aspen Plus Dynamics?软件中搭建了完整的稳态和动态模型,并对主要变量进行阶跃响应实验,分析了PCC系统主要变量间的动态变化规律,同时利用输入输出数据采用间隙度量值的方法确定模型的非线性分布,为后续控制器的设计提供模型基础。（2）根据PCC系统的非线性分布,针对系统捕集率50%-90%这一非线性较弱的运行区间,构建了预测控制器。利用输入输出数据在Matlab/Simulink仿真平台中辨识得到PCC系统的三输入两输出的状态空间模型,在此基础上设计了多变量模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）策略,改善捕集系统动态灵活运行的同时提高了约束控制性能。针对PCC系统受上游烟气干扰的问题引入卡尔曼滤波器（Kalman Filter,KF）,补偿烟气干扰对预测控制效果造成的不利影响,从而提高了系统的稳态精度以及抗干扰能力。（3）针对实际PCC过程中多变量间的强非线性问题,在PCC系统运行非线性强度较高的工况区间,利用开环实验输入输出数据,构建了非线性模型预测控制（Nonlinear Model Predictive Control,NMPC）。通过输入输出数据将PCC系统辨识为具有外生变量的非线性自回归（Nonlinear Autoregressive Exogenous,NARX）模型,在此基础上设计了无偏移的非线性预测控制策略,并进行了仿真验证。结果表明该方法具有卓越的控制性能,满足了系统稳定高效的控制要求。（4）针对实际工业中经济效益和控制效果同样重要的问题,构建了兼顾PCC系统经济效益的经济模型预测控制（Economic Model Predictive Control,EMPC）。综合考虑系统贫液能耗和捕集成本,建立反映系统经济性能的函数作为控制优化的目标函数,使得PCC系统经济效益最大化的同时保持较好的控制性能。
带式输送机是一种运送散装物料的高能耗装备,广泛应用于矿山、化工、码头等领域。目前,我国带式输送机平均能耗效率与国外先进水平相比还有较大差距。为保障安全性,大多数带式输送机以恒速模式运行,不能根据给料速率的变化实现带速的最优匹配,导致实际运载量远小于最大运载量,造成大量能源浪费。因此,带式输送机带速设定值的优化设计引起了众多学者的广泛关注。但是,现有研究重点强调带式输送机运行过程中能耗的最优,却忽视输送机运行过程中动态特性的影响,容易导致输送带打滑或者断带。鉴于此,本文在充分考虑输送机动态特性的情况下,研究带式输送机运行过程动态优化控制方法。主要研究内容如下:1.带式输送机能耗模型建模与参数辨识。首先,建立能够描述带式输送机能量消耗的解析能耗模型;然后,根据带式输送机能耗模型参数随着运行环境和设备状态的变化而变化的特点,利用渐消记忆递推最小二乘法对带式输送机能耗模型参数进行辨识;最后,通过仿真实验验证所提方法的有效性。2.带式输送机运行过程动态优化控制设计。首先,基于有限元分析法建立带式输送机的动力学模型;然后,对带式输送机带速设定值动态优化问题进行描述,优化问题充分考虑带式输送机的动态特性、能耗和安全性;最后,针对带速设定值动态优化问题涉及复杂的高阶动态模型约束和静态约束,采用经济模型预测控制(Economic Model Predictive Control,EMPC)方法对优化问题进行求解,并对EMPC求解方法的可行性与闭环系统的稳定性进行分析与证明。3.基于dSPACE的带式输送机运行过程动态优化控制实验研究。首先,在MATLAB/Simulink软件中搭建带式输送机动力学模型,建立带式输送机仿真对象;然后,配置dSPACE软件系统提供的实时接口模块,实现上位机与dSPACE硬件系统之间的实时通信,并设计dSPACE上位机软件;最后,进行实验测试,对本文带式输送机运行过程动态优化控制方法的节能性与安全性进行分析。论文共有图38幅,表5个,参考文献60篇。
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