分数阶PI~λD~μ蒸汽压力控制系统算法研究

【摘要】近年来分数阶微积分主要在信号处理，控制，流体力学，图像处理，软物质研究等领域均有研究，但是在蒸汽压力控制方面还没有相关报道。对蒸汽系统运行参数进行优化，不仅可提高蒸汽系统运行效率，而且能为企业对蒸汽系统在节能环保方面的改善提供了技术支持和理论基础，同时也能为企业带来可观的经济效益。由于工业锅炉是一个多变量、非线性、大滞后的复杂调节对象，使用常规PID控制超调大，调节时间长，对控制参数的波动非常敏锐，系统小波动就会影响控制性能，直接影响系统的稳态特性。且存在多种变量的耦合作用，本文提出分数阶PIλDμ算法能够很好的解决上述问题。为了能够有效的控制蒸汽系统的压力，本文主要研究分数阶PIλDμ算法在锅炉蒸汽压力中的应用。对分数阶相对独特的数学背景，提出数学理论模型，对分数阶控制算法进行研究。在数学模型基础上，得到并确定蒸汽压力系统的分数阶PIλDμ控制器。研究分数阶PIλDμ五个参数对蒸汽系统性能的影响，特别是比整数阶所多的两个阶次和参数进行研究。通过Matlab仿真，观察其频率变化和阶跃响的图形变化。仿真表明该方法的可行性。然后对分数阶PIλDμ控制的蒸汽压力系统的五个参数同时进行参数估计和参数整定。在实际应用中，通过分数阶PIλDμ算法，并利用处理速度快的DSP实现，构成精度很高的蒸汽压力控制系统。本系统编译环境采用2000系列DSP的集成编译环境CCS系统下操作，分数阶PIλDμ算法程序是通过CCSLink(MatlabLinkforCCSDevelopmentTools)把Matlab和DSP集成开发环境CCS及DSP连接起来。则可以直接由Matlab的仿真模型生成DSP的可执行代码。从概念到代码开发，从分数阶PIλDμ算法设计到仿真环节，所有的重点就是分数阶PIλDμ算法开发和方案的仿真验证上,而代码开发就变得相对简单。在系统的设计中，一改以往的常规的PID设计，研究结果表明，该算法是可行的。从大量的仿真和实验中，得出了分数阶PIλDμ算法对蒸汽压力系统性能的改善，提高了系统的经济性能和动态特性，而且在锅炉厂、汽轮机厂、火电厂、化工厂等实际应用中具有一定的理论意义与实际意义。
【作者】车树涛；
【导师】闫哲；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，控制理论与控制工程，2012，硕士
【关键词】蒸汽压力；分数阶PI~λD~μ；参数估计；参数整定；

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