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基于PSO算法的锅炉水位系统广义预测控制的研究

作　者: 高曼
导　师: 周国荣
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 锅炉汽包水位控制 PSO算法预测控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

锅炉作为动力设备应用于工业现场,数量越来越多,为人们的生产和生活提供便利。锅炉控制方法有很多,如传统的PID控制,无需准确模型的模糊控制等。汽包水位系统作为锅炉系统的子系统,决定了锅炉是否能正常运行。汽包水位系统的控制需要经常研究,以提高系统的运行效率。如在注汽锅炉应用模糊控制方法,可以有效地提高蒸汽质量,降低注汽锅炉的运行能耗。本文研究基于PSO算法的锅炉水位系统广义预测控制方法,简述相关基础技术如参数辨识技术、MATLAB仿真技术、WINCC控制技术,介绍几种常用的控制汽包水位的算法。与传统的PID控制算法对比,广义预测控制算法具有较强的优越性。相对于普通最小二乘法,采用PSO算法对模型辨识效果更好,能够准确的辨识出对象模型的参数。本文详细介绍PSO算法和广义预测控制算法及其仿真。本文分析了汽包水位系统的工艺流程及控制要求,在系统的软件设计部分介绍了单值广义预测控制器的设计过程,利用S7-300PLC的编程软件STEP7来实现广义预测控制算法,并采用WINCC设计了简单的系统监视与控制画面。仿真实验验证了本文的研究设计和系统实现的可行性,可以满足预期的设计要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 课题背景和研究意义  8
    1.1.1 课题背景  8
    1.1.2 研究意义  8
  1.2 汽包水位控制现状分析  8-11
    1.2.1 汽包水位控制的基本方法  8-9
    1.2.2 汽包水位控制技术的发展趋势  9-11
  1.3 论文结构及主要内容  11-12
  1.4 本章小结  12-13
第二章相关技术综述  13-20
  2.1 辨识技术  13-15
    2.1.1 基于遗传算法的系统辨识  13-14
    2.1.2 基于模糊逻辑的系统辨识  14
    2.1.3 基于神经网络的系统辨识  14-15
  2.2 预测控制技术  15-16
    2.2.1 动态矩阵控制算法  15
    2.2.2 模型算法控制  15-16
    2.2.3 广义预测控制  16
  2.3 MATLAB仿真技术  16-17
  2.4 PLC控制技术  17-18
  2.5 WINCC控制技术  18-19
  2.6 本章小结  19-20
第三章锅炉汽包水位系统的特性分析及动态建模  20-27
  3.1 概论  20
  3.2 锅炉汽包水位系统特性  20-21
  3.3 锅炉汽包水位的物理模型  21
    3.3.1 汽包水位在给水流量作用下的动态特性  21
  3.4 锅炉汽包水位控制系模型参数辨识  21-26
    3.4.1 PSO算法基本原理  21-23
    3.4.2 基于PSO算法的模型参数辨识  23-25
    3.4.3 仿真  25-26
  3.5 本章小结  26-27
第四章广义预测控制算法设计与仿真  27-37
  4.1 预测控制基本原理  27-29
    4.1.1 预测模型  27
    4.1.2 滚动优化  27-28
    4.1.3 反馈校正  28-29
  4.2 广义预测控制基本原理  29-33
    4.2.1 预测模型  29
    4.2.2 目标函数  29-30
    4.2.3 j步导前输出  30
    4.2.4 Diophatine方程的递推解  30-32
    4.2.5 最优输出预测  32
    4.2.6 最优控制律  32-33
    4.2.7 广义预测控制算法实现的步骤  33
  4.3 广义预测控制算法的参数的选择  33-34
  4.4 仿真结果及对比分析  34-36
  4.5 本章小结  36-37
第五章系统总体方案设计与分析  37-41
  5.1 工艺控制要求  37
  5.2 系统总体方案  37-39
    5.2.1 设计原则  37-38
    5.2.2 控制系统的主要功能  38
    5.2.3 控制算法(方案)设计  38-39
  5.3 控制系统执行流程  39-40
  5.4 本章小结  40-41
第六章系统硬件与软件设计  41-64
  6.1 系统硬件设计  41-47
    6.1.1 上位机硬件配置  41-42
    6.1.2 下位机PLC的模块配置及介绍  42-46
    6.1.3 传感器与执行机构  46-47
  6.2 系统软件设计  47-57
    6.2.1 STEP7基本功能及其编程特点  47-48
    6.2.2 系统硬件组态  48-50
    6.2.3 基于西门子PLC的单值广义预测控制算法设计  50-57
  6.3 WINCC与S7-300通信实现及WINCC控制界面的简单设计  57-63
    6.3.1 WINCC与S7-300通信实现  57-58
    6.3.2 WINCC与S7-300通信实现过程  58-61
    6.3.3 WINCC控制界面的简单设计  61-63
  6.4 本章小结  63-64
第七章论文总结与课题展望  64-66
  7.1 论文总结  64-65
  7.2 课题展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读学位期间的主要研究成果  71

基于PSO算法的锅炉水位系统广义预测控制的研究

内容摘要

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