响应式设计的产品动力学模型

响应式设计的产品动力学模型

一、应用于快速响应设计的产品动态模型(论文文献综述)

楼红枫[1](2021)在《深冷空分动态过程建模及仿真研究》文中认为深冷空分是生产大规模、高纯度气液相产品的主要方法,随着工业生产中的能源资源配置日益受到重视,下游产品的需求不断升级,空分装置除了“安、稳、长、满、优”的生产要求,还要灵活调整操作实现生产“提质增效”,因此空分装置在不同生产负荷间的切换频繁发生,呈现出越来越多的动态特性。机理模型具有清晰的物理意义,通过动态模拟技术揭示空分变负荷、氮塞故障等过程的生产规律,对空分过程操作实践非常重要。但其工艺流程复杂、耦合严重,物性计算方程模型变量多,给建模带来了一定的挑战。一般工业过程的动态机理模型常采用微分-代数方程组表示。空分系统为高纯体系且物理可行域窄,使得这类模型具有刚性特征,对初值具有很高的敏感性,如何在工作点大范围变动下提高动态模型的收敛性能是模型应用的基础。另一方面考虑到离散后的模型规模大、计算成本高,机理模型实用性不强,构建“轻量化”降阶模型具有重要意义。针对以上问题,本文的研究内容包括:1.基于深冷空分工艺和机理,在Pyomo模块化自主建模平台构建了深冷空分精馏过程的全联立动态机理模型,分析了模型的index、自由度和刚性特征,通过重构精馏塔模型中的能量平衡方程,有效克服了 high-index带来的求解困难。由于原有空分热力学模型中变量多,非线性强,导致联立求解收敛性难,对此提出了基于多项式函数的回归方法,建立代理模型进行物性计算,简化了热力学计算并提高了动态模型的收敛性能,通过仿真验证了一定操作范围下局部代理模型的鲁棒性和准确性。2.采用有限元正交配置法对机理模型进行离散化,并用全联立法对空分动态过程进行模拟计算。设计了满足关键变量约束的动态优化命题,解决了稳态工况难收敛问题;提出了双层自适应变步长求解策略解决了变工况过程中模型收敛困难的问题。通过动态仿真,给出了关键变量在不同条件下的动态特性曲线,与HYSYS软件的仿真结果进行了验证比较,由于重构水力学方程造成的模型误差,通过参数估计方法校正模型,验证结果表明构建的动态机理模型能够准确、稳定地描述变负荷过程。3.为了提高机理模型实用性,采用有限元正交配置法对精馏塔模型进行约简,通过对空分下塔和全流程的仿真,验证了降阶模型在满足精度需求的同时缩减了模型规模,节省了计算时间;在降阶模型基础上引入故障扰动,构建了动态优化命题对典型氮塞故障进行动态仿真,求解得到的动态轨迹为现场故障处理提供了理论基础。

陈安钢[2](2021)在《工业烟丝干燥过程建模与先进控制策略研究》文中指出工业干燥是一项能源密集型的过程,大多数工业干燥过程的能源效率及质量性能偏低。在不断上升的能源成本和愈加激烈的全球化竞争中,干燥过程的能源消耗和质量性能必须得到改善。研究者往往更多地研究干燥过程的机理和模拟仿真,而对干燥过程的操作控制研究甚少。干燥过程的主要成本并不是在初期的投资(设计和装配),而是在日常运行的干燥过程优化。控制策略对于提高能源效率和获得理想的干燥产品质量至关重要,改善的方法和策略是建立合理的干燥模型和使用有效的控制策略优化干燥过程。在工业干燥过程中,大多数优化控制策略都是基于模型设计的,在控制调节问题中,模型的预测值被用来产生最优控制动作;在估计问题中,基于模型的预测值与工业实际测量数据协调来产生系统最优状态和参数估计。系统模型不仅有助于了解系统内部机理行为,而且是整个控制系统协同优化的基础,因此干燥过程建模是控制研究中首要解决的问题。大多数干燥模型研究从工艺角度来建立,主要的作用是模拟干燥过程以及了解干燥过程各物理变量的变化规律,模型非常复杂且很多涉及到高维度偏微分动态模型,利用该模型进行干燥过程实时控制策略比较困难。作为控制策略研究者更关注模型对后续的控制策略实施的影响,线性模型过于简化并不能精确描述复杂的干燥过程,变量之间的耦合性考虑很少。基于第一原理/机理(能量、质量和动量平衡)的非线性模型不仅能准确地描述干燥过程的复杂动态特性,而且在其他干燥过程/条件下容易移植和扩展这些模型的使用。为了得到干燥过程的最优干燥条件、更好的质量性能以及更高的能源效率,通常基于第一原理模型的优化控制策略是首选。本文主要的研究工作如下:首先,本文基于实际干燥过程(烟丝干燥过程)的相关变量因素客观分析、干燥过程数据主成分分析以及干燥过程机理分析建立起四阶非线性第一原理模型。第一原理模型具有一般性,不仅对于其他干燥过程具有很强的模型移植性和扩展性,而且能够建立起高度复杂且精确的系统模型。其次,针对工业干燥过程存在不可测量或难以测量的状态变量及物理参数,通过能够处理非线性模型及约束的滚动时域估计算法进行估计,避免花费大量精力去测量验证干燥过程中一些难以测量的物理量,以及为后续优化控制提供精确的模型。最后,针对工业干燥过程模型存在自由度不足的控制难题,设计出三种控制策略对其进行优化控制,都取得良好的控制效果。本文主要的创新点如下:(1)设计了烟丝干燥过程的非线性滚动时域估计策略。由于烟丝干燥过程为非线性模型且存在难以测量的未知参数和状态变量以及系统约束,常规的时域估计策略很难处理非线性问题及系统约束,并且不能同时估计出干燥过程模型的未知参数和状态变量。本文设计的非线性滚动时域估计策略(L1-Norm Moving Horizon Estimation,L1-Norm MHE)能显式处理系统非线性及各类约束。基于滚动时域窗口,优化策略只利用最邻近的时域窗口数据同时估计出系统状态变量及未知参数,与全信息时域估计策略相比,该策略不仅有精确的估计结果,而且减少了优化计算负载及计算时间。通过实例仿真对比,发现L1-Norm MHE估计策略在面对复杂工况(数据异常值、噪声、数据漂移)时,更能抑制异常工况,鲁棒性及精确性优于其他算法。该估计策略为后续工业干燥过程的优化控制层提供实时的状态和未知参数估计,改进干燥过程的优化控制效果。(2)提出了烟丝干燥过程的区域非线性模型预测控制策略。针对烟丝干燥系统为多变量非方模型(模型的操作变量数目小于输出变量数目),存在控制自由度不足的问题。常规模型预测控制往往会导致输出变量存在稳态误差,控制精度及产品质量可能会受到很大影响。本文提出的区域模型预测控制(Zone Model Predictive Control,ZMPC)将烟丝出口水分w无偏差地控制在设定值上。其他被控输出变量不需要严格控制在设定值上,放松其他输出变量的控制要求,只要其在给定的设定区域内即可。放松设定值的策略在一定程度上提高了系统的控制自由度,满足系统关键输出变量的控制要求,消除了输出变量的稳态误差。区域模型预测控制独特特点是采用区域参考轨迹,只有当模型的预测值超过这个区域参考轨迹时,优化器才会改变操作变量。与传统的设定点跟踪模型预测控制相比,区域模型预测控制(ZMPC)具有更好的跟踪性能和鲁棒性能以及控制器最小动作的经济特性,关键是让烟丝出口水分跟踪设定值无任何稳态误差。(3)研究了烟丝干燥过程的优先级多目标非线性模型预测控制策略。针对非线性多变量模型的烟丝干燥过程,系统的被控输出变量间存在相互耦合竞争的矛盾。再加上干燥过程是一个自由度不足的非方模型,如何在有限的操作变量下优先满足系统最为关键的被控输出变量是非方系统迫切需要解决的问题。本文提出将优先级多目标优化策略引入到模型预测控制策略框架上,利用优先级多目标优化是处理系统目标间存在相互竞争的最佳解决策略。对干燥过程被控输出变量进行优先级升序排序依次优化,优先满足优先级高的被控输出变量的工艺要求。针对被控输出变量可能额外受到不同的目标约束,在确定具体被控输出变量的优先级后,对此变量的目标约束进行优先级降序划分,先放松优先级低的目标约束,一旦优化可行时,停止放松其他优先级高的目标约束,最终使系统被控输出变量沿最佳目标轨迹运动。通过控制策略仿真验证,优先级多目标控制策略优先满足烟丝出口水分的目标要求下,降低其他三个输出变量控制目标,以达到干燥过程最优控制效果。与区域模型预测控制比较,设计的控制策略更多地反映工业操作者对干燥过程的主观意愿的要求。(4)开发了烟丝干燥过程的双层非线性模型预测控制策略。对烟丝干燥过程模型进一步分析,发现系统输入输出稳态值的相容性和唯一性都是由于上层优化(Real Time Optimization,RTO)不合理的设定值及模型自由度不足造成的,导致输入输出稳态关系无法求解。系统输出变量存在稳态误差的根本原因是被控输出变量的设定值不合理。针对这一根本原因,本文在上层优化(RTO)和控制层之间增加一个稳态目标优化层(Steady State Objective Optimization,SSTO),结合当前阶段工艺过程重新优化输出变量的设定值,从而开发出双层模型预测控制(Steady State Objective Optimization-Model Predictive Control,SSTO-MPC)策略。通过控制策略验证,SSTO-MPC控制策略比传统模型预测控制具有更好的跟踪能力和抗干扰能力,与区域模型预测控制及优先级多目标模型预测控制策略相比,SSTO-MPC控制策略具有更严格的理论优化操作设定值,实施更科学合理。

郭松[3](2021)在《单相级联H桥整流器电压脉动抑制与电压均衡控制》文中指出作为轨道交通领域牵引传动关键设备,牵引变压器的稳定、高效对高铁机车发展至关重要。电力电子牵引变压器(Power Electric Traction Transformer,PETT)相较传统牵引变压器,其功率密度得到显着提升,应用前景广阔。单相级联H桥整流器(Cascade H-Bridge Rectifier,CHBR)作为多级式PETT重要组成部分,其存在二次电压脉动,易产生电压不均衡问题严重危害设备运行安全,因此论文围绕单相CHBR直流侧电压二次脉动抑制和级联模块间电压均衡控制方法展开研究论述。首先,分析CHBR运行机理,建立状态平均空间模型,并引入小信号扰动建立了其小信号动态模型,为控制系统设计提供基础。同时模型表明了CHBR参数耦合程度高,非线性强,CHBR系统控制器设计困难。其次,针对CHBR存在二次电压脉动,滤波器体积大导致系统功率密度低问题,引入有源功率解耦(Active Power Decoupling,APD)技术主动将脉动功率转移缓存,实现降低直流侧电压脉动目标。分析加入APD的CHBR工作原理,提出了直流电压纹波电压前馈的脉动抑制策略,提取纹波电压中的脉动电流信息加以补偿,从而降低了电流断续模式下APD对系统参数的依赖性;并通过解耦电容平均电压反馈控制其电压稳定,增强了 APD模块的可控性和稳定性。APD在CHBR系统中的引入有效降低了系统直流滤波电容需求。再次,针对CHBR动态响应特性差问题,设计基于反馈线性化的比例谐振网侧电流控制器,采用线性自抗扰控制器(Linear Active Disturbances Rejection Controller,LADRC)控制直流侧输出平均电压,通过数学变换和扰动补偿将非线性系统等效为线性系统,设计控制器提高系统动态响应性能。针对模块间电压不均衡问题,提出了静止坐标系下基于动态参考电压给定方法的均衡控制策略,通过实时计算模块间功率偏差并快速给以精确补偿,实现模块电压均衡,以提高系统动态响应性能与抗扰动能力。另外,基于直接功率控制的并联双有源桥变换器(Dual Active Bridge,DAB)均流策略,与CHBR控制策略、APD控制策略共同构成了 PETT的高效整体控制方案。最后,完成了基于NIPXIe-7846实时控制器和宽禁带半导体SiCMOSFET的三模块CHBR试验样机研制,并通过实验验证本文所提整流器直流侧二次电压脉动抑制控制策略、CHBR模块间电压均衡控制策略的有效性。

解鹏[4](2021)在《基于模型的发动机瞬态空燃比控制研究》文中进行了进一步梳理对于进气道燃油喷射发动机,高燃油经济性和低排放很大程度上依赖于空燃比(Air-Fuel ratio,AFR)的精确控制。针对瞬态燃空比的快速精确跟踪的问题,提出了燃空比非线性控制方法。首先,利用发动机均值模型对进气道空气动态模型、燃油动态模型和发动机输出模型建模,并设计扩张状态观测器补偿建模误差,进而获得精度较高的模型;在李雅普诺夫稳定性框架下设计状态反馈控制器;基于模型实时预测进入气缸的空气量补偿油路的执行延迟,最后证明系统的鲁棒性。以校企合作项目开发的某进气道喷射发动机为研究对象,目前该发动机的试制已经初步完成,下一步进行发动机的电控设计工作。围绕政府日益严格的排放法规的要求展开研究,基于该发动机实际情况为保证技术路线中三元催化器的转化效率,采用数值仿真技术与试验结合的方式,重点研究空燃比的控制问题,并参考实际试验中的具体测试方法,以达到降低摩托车尾气排放的目标。主要研究内容有:(1)主要介绍了该汽油机平均值模型的搭建过程,包括应用于发动机控制所需的传感器与执行器、进气歧管空气动态模型、进气门上游油膜动态模型、转速扭矩模型输出和时滞模型,最后利用利用台架采集的试验值对汽油机平均值模型MVEM进行了标定,保证MATLAB/Simulink仿真计算输出值与台架采获取的试验值的误差在工程允许范围内,以保证用于发动机空燃比控制的控制模型实践的有效性。(2)首先阐述了四冲程摩托车发动机的试验台架的搭建、试验设备规格、仪器参数和传感器的规范,并对发动机供油系统进行了部件选配和响应性能测试。根据实际需求,选择了恰当的喷油器。通过神经网络对试验部分工况数据计算得到全工况的容积效率。(3)根据瞬态工况下空燃比控制的需求提出了面向空燃比控制的方案。油膜动态效应的前馈补偿对喷油器的快速响应是必须的,并通过最小二乘法辨识油膜参数。(4)利用发动机均值模型对进气道空气动态模型、燃油动态模型和发动机输出模型建模,并设计扩张状态观测器补偿建模误差,进而获得精度较高的模型;在李雅普诺夫稳定性框架下设计状态反馈控制器;基于模型实时预测进入气缸的空气量补偿油路的执行延迟,最后证明系统的鲁棒性。仿真结果表示:非线性燃空比控制算法不仅能快速跟踪空燃比期望值,进入稳态时间为1.7s,最大误差在4.5%以内,且在模型失配扰动下具有较好的鲁棒性,减少了时滞和参数不确定性对系统的影响。

廖霈之[5](2020)在《燃煤电站CO2捕集系统建模与优化控制》文中研究说明在温室效应等生态问题日益严峻的背景下,对燃煤火电机组进行燃烧后CO2捕集是减缓气温上升、落实巴黎协议的重要手段。对于集成了燃烧后CO2捕集系统的燃煤火电机组而言,其运行特性与常规火电机组不同,需要在机组参与深度调峰的同时满足严格的CO2捕集要求。同时,燃煤电站CO2捕集系统(Coal-fired power plant integrated with post-combustion carbon capture,CFPP-PCC)具有强非线性、大惯性和强约束的特性,火电机组和碳捕集系统之间的多变量耦合也会使得电网调峰和CO2减排的运行目标相互影响。在这种情况下,以比例积分微分(Proportional-integral-derivative,PID)控制器为主体的常规控制方式难以取得理想效果。本文将围绕CFPP-PCC系统的动态建模和优化控制开展研究工作,建立基于预测控制的先进控制结构,以实现CFPP-PCC系统的经济、灵活运行。本文的主要研究内容如下:(1)建立了与燃烧后CO2捕集系统集成的660MW超临界燃煤火电机组动态模型。其中,燃煤火电机组增加了烟气流量的建模,并考虑汽轮机抽汽(用于吸收溶剂再生)对发电功率的影响。燃烧后CO2捕集系统采用乙醇胺为吸收溶剂,基于速率法和双膜理论建立有效动态模型。并对碳捕集系统进行结构设计,使其能与660MW超临界燃煤机组相匹配。同时,对燃烧后CO2捕集系统的主要结构参数和运行参数进行稳态优化,实现碳捕集系统的稳态最优。基于g CCS平台联立火电机组和碳捕集系统的动态模型,将其作为后续章节中控制系统的仿真模型。在不同运行工况下深入分析CFPP-PCC系统中主要变量的动态特性,为控制系统的设计提供指导。(2)为克服CFPP-PCC系统大延迟的影响,本文建立了一种基于神经网络逆的PID控制结构。利用输入-输出数据建立CFPP-PCC系统的神经网络逆模型,根据输出变量给定值计算出当前时刻的控制量,并将其作为前馈信号,从而可实现系统提前控制。同时,利用PID补偿器微调,保证系统稳态无偏差。在运行工况大范围变化时,神经网络逆PID控制的仿真结果要优于传统PID控制。(3)针对CFPP-PCC系统的运行要求和其多变量耦合的特性,本文提出了“常规运行模式”、“快速发电模式”和“严格碳捕集模式”等三种运行方式,并建立多变量的模型预测控制器(Model predictive control,MPC),从而可更好的利用子系统之间的耦合关系。(4)为增强CFPP-PCC系统的鲁棒性和闭环稳定性,本文提出了基于扩张状态观测的稳定预测控制。首先设计满足Lyapunov稳定性要求的稳定预测控制器,通过求解拟无穷时域性能指标计算出满足输入幅值约束和输入速率约束的最优控制序列。对预测模型扩增扰动状态,能够集总反映出设备磨损、燃料变化等不可测扰动的影响,采用扩张状态观测器估计系统未知扰动,并通过前馈补偿消除扰动的影响,从而实现CFPP-PCC的无偏差控制。(5)考虑到CFPP-PCC系统中火力发电、CO2排放和CO2利用等经济性因素的影响,本文建立了基于机器学习的双层优化控制结构和稳定经济性预测控制。在双层优化控制结构中,上层为稳态经济性优化,利用深度置信网络建立CFPP-PCC系统的经济性指标,并计算出满足外界条件和系统约束的经济性最优目标值;下层为监督控制,实现对上层最优给定值的快速追踪。为实现CFPP-PCC系统的动态最优运行,本文建立了满足Lyapunov稳定性要求的经济性预测控制。利用长短期记忆网络建立CFPP-PCC系统的动态模型,并利用粒子群算法求解非线性优化问题。仿真表明,经济性预测控制能够满足CFPP-PCC系统的动态最优运行,实现系统经济利益最大化。

宾子君[6](2020)在《电力系统动态行为的轨迹断面特征根分析》文中提出电力系统动态行为的准确分析对于安全稳定校核至关重要,现有动态分析方法存在基于模型和基于轨迹的两种研究思路,前者在稳态运行点求解系统特征方程;后者应用信号分析等技术从系统受扰轨迹中提取振荡特征。然而,电力系统是本质非线性时变系统,实际振荡特性是随时间变化的,基于模型的研究思路无法完整计及非线性因素的影响;基于轨迹的研究思路缺乏系统结构性信息。为了客观描述电力系统动态行为,需要准确提取受扰轨迹的瞬时振荡特征;为了详细分析低频或超低频振荡的复杂现象,需要关注多个特征模式间的交互关系。因此,本文针对电力系统动态行为的轨迹断面特征根分析技术展开研究,围绕轨迹的瞬时振荡特征、模态的演化特性以及特征模式的交互关系进行探索,基于轨迹断面特征根理论提出能够完整计及电力系统非线性与时变性的动态行为分析框架。理论推导以及实例应用验证了论文所提方法与分析框架的有效性与优越性,工程化探索增强了本文成果应用于实际大电网的可行性。本文主要创新性工作如下:(1)提出模型与轨迹融合的电力系统动态行为分析思路,参考IEEE/CIGRE 2004年电力系统稳定性分类以及我国行标DL755-2001,确定研究对象包括小干扰动态稳定性与大干扰动态稳定性;随后针对电力系统受到扰动后的动态过程,讨论了电力系统动态行为的分析要素,包括元件动态模型、扰动场景以及受扰轨迹。(2)构建轨迹断面特征根的理论体系,针对分段线性化方法的局限性以及轨迹断面特征根的物理意义,讨论分段线性化假设成立的前提条件,基于轨迹断面特征根重构状态量的时域轨迹,将任意状态量轨迹解耦为多个时变特征模式的加权组合,通过比较任意分析步内重构轨迹表达式与数值积分外推公式的关系分析轨迹断面特征根的局部截断误差;构造一个时变线性的近似系统拟合状态量的重构轨迹,阐释了轨迹断面特征根的物理意义,明确了该方法的应用范围,对学术界提出的多个疑问作出了澄清,为相关领域的进一步研究提供了理论支撑。(3)提出电力系统瞬时振荡特征的提取方法以及时变动态特性的分析框架,针对给定故障场景,通过数值仿真获取系统时间响应后,沿受扰轨迹将代数变量的解代入微分方程并将非线性项线性化,由此计算轨迹断面特征根序列,提取瞬时阻尼与瞬时频率特征;根据断面初值求解重构轨迹,提取特征模式激发程度特征;基于上述特征随时间的变化特性准确辨识关键特征模式并分析其演化规律,进一步提取关键特征模式的机电模式相关比以及状态量的参与因子等特征。分析方法的有效性与分析框架的优越性在IEEE 3机9节点系统与IEEE 10机39节点系统中得到验证。(4)研究了特征模式交互与状态量维数变化对电力系统振荡特性的影响。针对小干扰动态稳定分析领域的超低频振荡问题,基于状态量的重构轨迹提出特征模式交互的分析方法,在频域和时域分别阐释了超低频振荡中功角异常等幅振荡与特征模式再激发两种复杂现象的机理。针对大干扰动态稳定分析领域的切机负阻尼问题,推导了关键特征模式瞬时阻尼特征的时域表达式,基于瞬时振荡特征讨论发电机阻尼转矩系数与惯量对切机后电力系统结构特性的影响以及非平衡点受扰后轨迹动态特性随时间的演化规律。上述应用说明轨迹断面特征根理论能够分析小干扰动态稳定中特征模式交互的问题以及大干扰动态稳定中振荡特性时变的问题,是对现有电力系统稳定分析理论的有效补充。(5)针对工程应用中轨迹断面特征根的模式匹配与快速计算问题,从数学上分析了不同时间断面特征模式的继承性,提出轨迹断面特征根时序相关性的匹配方法;从机理上讨论了特征模式与振荡模式的内在联系,结合扩展等面积准则(Extend Equal Area Criterion,EEAC)理论提出考虑群内非同调的等值特征根求解算法。模式匹配方法在IEEE 10机39节点系统中将匹配误差降低了至少一个数量级;快速计算法在某省级系统(500阶)中将瞬时阻尼与瞬时频率特征的计算误差控制在20%以内,其计算代价相对QR法几乎可以忽略。本文在前人基础上,讨论了轨迹断面特征根理论的有效范围,为后续研究扫清理论障碍;在小型试验系统中提出了完整计及电力系统非线性与时变性的动态行为分析框架,解决瞬时振荡特征的提取问题,将轨迹断面特征根理论转化为电力系统时变动态特性的有效分析工具;融合频域分析与时域分析研究了特征模式的交互特性,阐释了一些复杂振荡现象的机理,揭示了电力系统受到大扰动后中长期动态的演化规律。未来,为构建更完善的功角稳定性分析框架,可进一步探索轨迹断面特征根与暂态失稳过程的关联性及其对系统动态稳定性的预估;另外,如何平衡实际系统中特征根求解精确性与快速性矛盾的需求也是值得研究的问题。

万航[7](2020)在《建筑墙体调湿材料层吸放湿计算方法与简化模型研究》文中研究说明调湿材料是一种能在室内湿度较高时吸湿在室内湿度较低时放湿的建筑墙体材料,不需消耗任何人工能源和机械设备,仅依靠调湿材料吸放湿的作用即可实现室内空气湿度的被动调节。然而,作为一种新型的功能材料,目前对于调湿材料的性能研究以及在实际中的湿动态模拟这两方面仍不够充分。本文以建筑墙体调湿材料为研究对象,提出并建立了一种简易的调湿材料吸放湿计算方法和一种简化动态湿传递模型及其参数辨识方法,利用该方法和模型对调湿材料的湿缓冲等调湿特性进行研究。本文首先基于墙体调湿材料吸放湿理论,建立了墙体调湿材料理论湿传递模型,同时对传统计算方法进行了介绍并指明既有研究的不足之处。针对传统计算方法的诸多不足,首次提出了一种简单高效的墙体调湿材料层吸放湿计算方法,即傅里叶变换-传递函数(FT-TF)计算方法,并从计算原理、计算方程和计算步骤等方面对该计算方法进行了详细描述。同时搭建了墙体调湿材料吸放湿实验测量平台,利用该平台进行调湿材料的吸放湿实验,并用实验测量结果对墙体调湿材料层吸放湿傅里叶变换-传递函数(FT-TF)计算方法进行实验验证。结果表明,采用本文提出的计算方法计算得到的结果与实验测量结果一致。在一个室内湿循环周期内,工况1和工况2时模型预测的吸放湿总量相对误差分别为3.6%和8.2%。本文提出的FT-TF计算方法准确性好,计算效率高。采用本文提出的FT-TF计算方法,可计算任意厚度的调湿材料的湿缓冲量并获得湿缓冲量随厚度变化的曲线,利用该曲线可方便地找出满足工程应用精度的调湿材料湿缓冲优化厚度。如对于黏土砂浆调湿材料,在室内湿度12小时高湿度12小时低湿度交替周期变化时,其湿缓冲优化厚度约为13.2mm。该方法只基于物性参数,无需实验,计算效率高,计算结果精确。同时,根据物性参数采用数学变换推导了墙体调湿材料湿缓冲优化厚度的理论解,根据室内湿环境的不同分别进行了理想湿缓冲优化厚度和实际湿缓冲优化厚度的理论推导,并进一步给出了相应的理论求解方程式。进一步提出了双层调湿材料结构的调湿墙体,首次对双层调湿材料墙体在不同湿度场下的湿缓冲性能进行了研究和评价,并对双层调湿材料的排列方式和厚度分布进行了优化,并指出在具有高湿渗透性的调湿材料内层加一层较薄的湿容较大的调湿材料,可以有效的增强调湿材料墙体的准稳态湿缓冲量和准稳态储湿量。如在纤维材料后增加一薄层石灰硅砖材料,其准稳态湿缓冲量可从40.0g/m2提升58.4g/m2,准稳态储湿量可从20.1g/m2提升到29.3g/m2。仅通过将两种不同属性的调湿材料组合在一起就可实现对其湿缓冲性能的改善。本文最后提出并建立了一种简化动态湿传递模型,并对简化动态模型的推导,模型参数的辨识方法、模型节点数的优化等进行了介绍,同时利用本文搭建的实验平台的测量结果对简化动态湿传递模型进行实验验证。本文进一步搭建了室内湿环境模拟平台,并利用标准案例对该室内湿环境模拟平台进行验证。利用该平台,模拟研究了调湿材料的应用面积、厚度以及建筑所处的气候等因素对调湿材料的实际调湿效果的影响。

冯泽民[8](2020)在《萃取精馏过程的工艺集成设计与模型预测控制》文中提出萃取精馏是分离具有共沸点或相对挥发度较低液体混合物的重要分离工艺之一,通过加入额外的萃取剂而增强被分离物之间的相对挥发度,实现其高效分离。然而萃取精馏工艺所用萃取剂通常沸点较高,萃取剂的再生需要消耗较多的高品质热能,使得萃取精馏具有高能耗和低热效率的特点。因此,通过应用新型热泵精馏、隔壁塔和热集成精馏等强化技术提高萃取精馏过程的热力学效率、降低能耗,对促进萃取精馏工艺在工业生产中的应用具有重要意义。然而,这些新型强化技术的应用使得萃取精馏工艺的集成设计与控制极具挑战。基于此,本文首先建立基于化工过程模拟软件的常规萃取精馏和蒸汽再压缩热泵辅助萃取精馏工艺的集成设计优化方法,并研究蒸汽再压缩热泵辅助萃取精馏工艺的可控性和可操作性;而后研究基于温差测量的萃取精馏隔壁塔(EDWC)的比例积分(PI)控制和模型预测控制(MPC)的控制性能,建立萃取精馏隔壁塔适于工业应用、可实践性较强的控制策略,具体内容如下:1、应用启发式优化思想,在Matlab软件中构建了基于网格自适应直接搜索法的化工过程优化方法,并将其应用以N-甲基吡咯烷酮为萃取剂分离正己烷和乙酸乙酯共沸物工艺优化中,建立了系统的常规萃取精馏和蒸汽再压缩热泵辅助萃取精馏工艺的集成设计优化方法,并验证了网格自适应直接搜索优化法在复杂化工过程优化中的有效性和收敛性。而后通过动态模拟定性和定量的评估了基于PI控制结构的蒸汽再压缩热泵辅助萃取精馏过程的可控性和可操作性,表明通过应用前馈控制结构,蒸汽再压缩热泵辅助萃取精馏可实现平稳的操作,具有较小的偏差。2、为了将MPC应用于EDWC的控制中,本文设计了基于离散线性时不变状态空间模型的MPC控制算法。同时针对MPC权重参数的整定问题,建立了基于双层结构的多目标优化整定方法和基于单层结构的非线性规划整定方法,其中后者将MPC优化问题的最优KKT(Karush-Kuhn-Tucer)条件作为MPC权重参数整定优化问题中的约束条件,从而将双层结构的多目标优化问题转化为单层结构的非线性规划问题。通过模拟研究表明,两种整定方法整定所得的MPC控制性能相近,然而随着MPC模型维度的增加,单层非线性规划优化问题的复杂度将显着增加。因此,基于单层结构的非线性规划整定方法较适于中小规模的MPC权重参数整定,具有较快的收敛速度;而基于双层结构的多目标优化整定方法能够降低MPC权重参数优化问题的复杂度,较适于大规模MPC的权重参数整定。3、在EDWC的操作过程中,原料组分的变化对于塔板温度分布特征具有显着影响,这使得以最优稳态工艺设计值为设定点的单温度控制很难将产品纯度控制在设定的纯度,通常具有较大的稳态偏差。而原料组分的变化对塔板间的温度差却变化很小,这使得基于温差的控制在EDWC操作过程中具有良好的应用前景。基于此,本文基于EDWC的操作特点,设计了基于四点控制方案的单温度、温差和双温差PI控制结构,通过定性定量分析表明,在原料流量或组分扰动下,温差控制较单温度和双温差控制具有更小的稳态偏差,但较单温度和双温差控制具有相对较大的瞬时偏差。4、为了进一步解决温差控制中存在的瞬时偏差较大的问题,本文结合MPC能够处理多变量和约束控制问题的显着优势和温差控制稳态偏差较小的特点,将MPC应用于基于温差测量的EDWC控制中,建立了无偏差MPC控制方案,显着的降低了产品纯度动态响应中的瞬时偏差。此外,针对EDWC具有热耦合和循环物流的特点,建立了包括输入信号设计、辨识实验设计和模型参数辨识的基于PI控制的EDWC线性状态空间模型闭环辨识方法,应用辨识的线性模型能够较为准确的描述EDWC的动态特征,设计的MPC在EDWC操作中比PI控制具有更小的瞬时偏差。5、气相分配比(βV)是EDWC操作过程中的重要操作变量,对其操作过程中的能耗具有显着影响。将βV作为操作变量可显着增强控制系统对原料组分扰动的处理能力,然而由于EDWC结构特征的限制,直接操作βV在工业实践过程中难以实现。为此,本文基于上述模拟研究,比较了将βV直接作为操作变量和通过操作EDWC隔板右侧塔段塔顶冷凝器热流移出速率间接的操作βV的控制方案的控制性能,结果表明,直接操作βV和间接操作βV的两种操作模式对于产品纯度的控制是等价的,具有相似的终端稳态特征,间接操作βV的控制方案在工业EDWC的操作过程中更具实践意义。

赵洪波[9](2020)在《质子交换膜燃料电池启停和变载工况下的动态特性研究》文中进行了进一步梳理氢能是一种清洁的二次能源,并且也是全球能源研究的热点问题,而燃料电池作为未来理想的电能产生装置,对氢能的利用率很高,是高效率的清洁的能量转换装置之一。与众多的燃料电池相比,质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有诸多突出的优点,比如在室温下快速启动、寿命长、无电解液流失等。本文主要是研究分析燃料电池的热管理控制策略、优化气体流道结构和不同工况下的动态性能,从而提高燃料电池的性能、寿命以及可靠性。主要的研究工作和结论如下:首先,本文比较详细地阐述了关于PEM燃料电池的研究背景及意义,并且分析了燃料电池的动态特性、热管理系统的控制策略以及气体流道的结构优化的研究现状。接着又建立了PEM燃料电池堆的零维动态模型,该模型一共包括了四部分,分别是PEM燃料电池堆的输出电压模型、阴极流道模型、阳极流道模型和膜内水传递模型;辅助系统模型包括供气管道模型、空气冷却器模型、加湿器模型和热管理系统模型等;以及PEM燃料电池的三维动态模型,该模型主要涉及了描述连续性方程、动量守恒、能量守恒、电化学和Maxwell-Stafen微分控制方程。然后,本文提出了两种控制策略,分别是流量同时跟随电流及功率控制策略和神经网络自抗扰控制策略,并且还建立了PEMFC的热管理系统的控制模型。采用不同的热管理控制策略,以优化燃料电池的热管理系统,从而保证燃料电池堆温度处于最佳值,提高燃料电池堆性能和可靠性。在变载工况下,主要研究分析对比了不同的热管理控制策略对燃料电池的性能以及温度的影响。研究结果表明,流量同时跟随电流及功率控制策略对燃料电池温度的控制效果更好,神经网络自抗扰控制策略对燃料电池温度的控制效果次之。最后,建立了一个单相直流道非等温的三维PEM燃料电池的基础动态模型,在稳态条件下求解时,利用COMSOL Multiphysics with MATLAB,并且采用多目标遗传算法(NSGA-III)对PEMFC流道截面等参数进行优化计算。本文提出了新颖的子弹波状流道,对比了不同的流道结构参数对燃料电池性能的影响,选择了最佳的流道结构作为新的基础模型,以优化燃料电池的结构参数,从而实现了提高质子交换膜燃料电池的性能。还建立了具有平行蛇形流道的燃料电池的三维模型,并且采用了多目标遗传算法(NSGA-III)对燃料电池的流道截面的结构参数进行了优化计算。在启停和变载工况下,通过仿真结果研究分析了质子交换膜燃料电池的动态性能。研究结果表明,梯形气体流道截面对提高质子交换膜燃料电池的性能更加有利;子弹波状流道对提高燃料电池的性能更加明显突出;对于具有子弹波状流道的燃料电池,流道截面的形状以及波状位置对燃料电池的性能有着较大的影响;在PEM燃料电池的工作电压瞬间发生阶跃变化的时候,燃料电池的电流密度、最高温度以及反应气体的平均摩尔浓度都存在了过冲和下冲现象。

胡明圆[10](2020)在《环己烯催化精馏水合制备环己醇动态控制研究》文中研究表明环己醇是用途广泛的有机化工产品,环己烯水合法存在转化率低、分离难度高等缺点,随着市场需求的不断增加,开发安全高效的环己醇生产方法成为当前研究热点,对此本论文采用了一种环己烯催化精馏(RD)水合制备环己醇的工艺。精馏过程控制系统设计难度大的问题,使得精馏过程动态控制的研究成为热点,目前环己烯水合催化精馏生产环己醇的工艺大多停留在稳态和实验阶段,本文对此工艺进行动态控制设计研究,希望可以为此工艺工业化发展提供理论依据。主要研究内容如下:1、通过催化精馏实验,验证催化精馏塔稳态模型的可靠性。通过实验测定塔内温度和浓度分布,与稳态模拟计算结果比较,结果表明催化精馏塔稳态模型是准确可靠的。2、设计环己烯催化精馏水合制备环己醇的三塔工艺,利用Aspen Plus流程模拟软件对工艺进行稳态模拟计算,得到催化精馏塔最佳的操作条件,在该条件下,环己醇产品纯度为99.2 wt%,环己烯单程转化率为64.49%。3、利用Aspen Dynamics软件考察了当RD塔有机相回流比、RD塔再沸器热负荷、进料流量发生变化时,环己醇的产量和纯度的动态响应特征。从结果可以看出环己醇产量和纯度对于RD塔再沸器热负荷和RD塔有机相回流比的响应比较灵敏,而且对于正方向和反方向的响应也比较对称,适合作为操纵变量。4、根据体系特点建立了三种不同的控制方案(CS1、CS2、CS3),利用灵敏度分析法和奇异值分解法进行灵敏板位置的选择;应用Tyreus-Luyben经验调谐方法对控制器参数进行调谐;最后利用Aspen Dynamics模拟软件对三种控制方案进行了性能评估,通过观察进料量±20%和环己烯进料组成±5%后,产品纯度和产量的变化,可以看出控制方案CS3性能最佳。

二、应用于快速响应设计的产品动态模型(论文开题报告)

(1)论文研究背景及目的

此处内容要求:

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例:

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

(2)本文研究方法

调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、应用于快速响应设计的产品动态模型(论文提纲范文)

(1)深冷空分动态过程建模及仿真研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 空分系统及其模型概述
        1.2.1 空分工艺流程
        1.2.2 空分过程模型
        1.2.3 空分机理建模难点
    1.3 机理建模方法及模拟问题求解策略
        1.3.1 联立方程法
        1.3.2 微分代数方程组求解方法
        1.3.3 建模平台及求解器
    1.4 空分动态模型约简及故障仿真
        1.4.1 模型约简方法
        1.4.2 空分过程故障仿真
    1.5 本文研究内容
第二章 空分精馏过程动态建模及仿真分析
    2.1 引言
    2.2 空分精馏系统动态机理建模
        2.2.1 空分建模对象
        2.2.2 空分精馏塔机理建模
        2.2.3 其他模块机理建模
    2.3 深冷空分热力学计算方法
        2.3.1 物性模型回归原理
        2.3.2 物性方法准确性验证
        2.3.3 空分下塔仿真分析
    2.4 本章小结
第三章 空分精馏系统全流程动态模拟及验证
    3.1 引言
    3.2 空分全联立模型分析
        3.2.1 模型Index分析
        3.2.2 自由度分析
        3.2.3 刚性特征分析
    3.3 动态模拟及验证
        3.3.1 有限元正交配置离散化方法
        3.3.2 单一工况下动态模拟及分析
        3.3.3 变工况动态模拟及分析
        3.3.4 现场单工况模拟验证
    3.4 本章小结
第四章 空分动态模型约简及故障模拟
    4.1 引言
    4.2 机理模型约简
        4.2.1 基于正交配置法的精馏塔降阶模型
        4.2.2 空分精馏塔实例应用
    4.3 基于机理模型的故障模拟
        4.3.1 氮塞故障的常见原因
        4.3.2 氮塞故障模拟策略
        4.3.3 氮塞故障模拟及分析
    4.4 本章小结
第五章 研究总结与展望
    5.1 论文总结
    5.2 研究展望
参考文献
作者简历及在学期间取得的科研成果

(2)工业烟丝干燥过程建模与先进控制策略研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 工业干燥过程建模及先进控制策略研究的背景及意义
    1.3 工业干燥过程建模及先进控制策略研究的现状分析
        1.3.1 工业干燥过程的研究现状
        1.3.2 工业干燥过程建模的研究现状
        1.3.3 工业干燥过程先进控制策略的研究现状
        1.3.4 工业干燥过程建模及先进控制策略相关研究之不足
    1.4 本文的主要研究工作和创新点
    1.5 符号说明
第2章 工业烟丝干燥过程机理数学建模
    2.1 引言
    2.2 工业烟丝干燥过程建模相关研究概况
    2.3 工业干燥过程建模理论方法
        2.3.1 控制系统数学模型
        2.3.2 工业过程主要建模法
    2.4 工业烟丝干燥过程
        2.4.1 烟丝干燥过程工艺描述
        2.4.2 烟丝干燥设备结构及工艺要求
        2.4.3 工业烟丝干燥过程建模
        2.4.4 烟丝干燥过程控制方案
    2.5 系统控制周期内层级间协同优化
        2.5.1 有限元正交配置法
        2.5.2 非线性约束优化算法
    2.6 本章小结
第3章 基于非线性滚动时域估计器的状态和参数估计
    3.1 引言
    3.2 状态估计方法相关概述
    3.3 滚动时域估计(MHE)相关概述
    3.4 全信息估计策略(FIE)
    3.5 有限滚动时域估计(MHE)
    3.6 状态及参数的滚动时域估计
    3.7 工业干燥过程估计算法鲁棒性对比
        3.7.1 基于线性模型的各类状态估计策略对比
        3.7.2 基于非线性模型的L1-Norm 估计器和L2-Norm 估计器对比
    3.8 本章小结
第4章 烟丝干燥过程的区域非线性模型预测控制
    4.1 引言
    4.2 干燥过程系统及控制策略相关概述
    4.3 非方多变量系统的非线性控制策略
    4.4 区域模型预测控制策略
    4.5 干燥过程控制策略结果分析
        4.5.1 负载跟踪能力测试的结果
    4.6 本章小结
第5章 烟丝干燥过程的优先级多目标非线性模型预测控制
    5.1 引言
    5.2 多目标MPC优化算法结构
    5.3 多目标MPC可行性判定及软约束调整
    5.4 多目标优先级及目标约束优先级调整
    5.5 多目标MPC控制策略仿真验证
        5.5.1 单变量系统的多目标控制策略验证
        5.5.2 多变量系统的多目标控制策略验证
    5.6 本章小结
第6章 烟丝干燥过程的双层非线性模型预测控制
    6.1 引言
    6.2 烟丝干燥系统及性能指标概述
    6.3 非线性滚动时域估计与实时优化
        6.3.1 非线性滚动时域估计(NMHE)
        6.3.2 实时优化设计(RTO)
    6.4 子层稳态目标优化设计(SSTO)
        6.4.1 SSTO可行性判断
        6.4.2 SSTO目标跟踪
        6.4.3 SSTO经济优化
        6.4.4 SSTO可行性与经济优化的协调
    6.5 集成SSTO的 MPC
    6.6 控制策略验证
        6.6.1 系统参数和约束
        6.6.2 SSTO和 RTO的优化设定值
        6.6.3 最优操作设定值跟踪能力测试的结果
        6.6.4 非方系统的控制策略对比
    6.7 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究工作展望
参考文献
攻读学位期间发表论文清单
攻读学位期间承担的科研项目
致谢

(3)单相级联H桥整流器电压脉动抑制与电压均衡控制(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 电力电子牵引变压器研究现状
        1.2.2 有源功率解耦电压脉动抑制研究现状
        1.2.3 级联H桥整流器均衡控制研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 级联H桥整流器系统原理分析
    2.1 单相H桥整流器系统建模
        2.1.1 单相H桥整流器拓扑分析
        2.1.2 单相H桥整流器状态平均模型
        2.1.3 单相H桥整流器动态小信号模型
    2.2 单相级联H桥整流器系统建模
        2.2.1 单相CHBR状态平均模型
        2.2.2 单相CHBR小信号动态模型
    2.3 单相级联H桥整流器工作原理
        2.3.1 单极倍频载波移相调制策略
        2.3.2 单相CHBR传统控制策略
        2.3.3 单相CHBR仿真分析
    2.4 本章小结
第三章 基于有源功率解耦的二次脉动抑制
    3.1 单相CHBR功率脉动抑制机理
    3.2 含APD的单相CHBR模型
        3.2.1 APD工作原理分析
        3.2.2 加入APD的CHBR数学模型
    3.3 基于纹波前馈的APD控制方法
        3.3.1 APD电流直接计算方法
        3.3.2 基于纹波前馈的APD电流生成方法
        3.3.3 解耦电容平均电压控制方法
    3.4 含APD的CHBR仿真结果
        3.4.1 APD拓扑参数设计
        3.4.2 APD模块脉动抑制仿真结果
        3.4.3 含APD的CHBR整体仿真分析
    3.5 本章小结
第四章 级联H桥整流器整体控制策略
    4.1 反馈线性化网侧电流控制
        4.1.1 反馈线性化条件
        4.1.2 电流反馈线性化控制器设计
    4.2 线性自抗扰直流侧电压控制
        4.2.1 自抗扰控制概述
        4.2.2 线性自抗扰直流侧电压控制
        4.2.3 LADRC参数设计与稳定性分析
    4.3 动态参考电压给定模块电压均衡控制
        4.3.1 动态参考电压给定设计
        4.3.2 功率损耗补偿设计
        4.3.3 电压均衡控制耦合分析
        4.3.4 CHBR整体控制策略
    4.4 PETT隔离级DAB控制策略
        4.4.1 DAB单移相控制
        4.4.2 DAB并联控制方法
        4.4.3 PETT整体控制策略
    4.5 CHBR仿真分析
        4.5.1 反馈线性化电流内环仿真
        4.5.2 LADRC电压外环控制仿真
        4.5.3 动态参考给定电压均衡仿真
        4.5.4 并联DAB电流均衡仿真
    4.6 本章小结
第五章 平台设计与实验分析
    5.1 实验平台设计
        5.1.1 平台整体设计
        5.1.2 主电路参数设计
        5.1.3 辅助电路设计
    5.2 实验结果分析
        5.2.1 APD小功率实验平台参数
        5.2.2 APD电压脉动抑制实验
        5.2.3 CHBR电压均衡控制实验
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的论文及参与项目
学位论文评阅及答辩情况表

(4)基于模型的发动机瞬态空燃比控制研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
        1.1.1 课题研究背景
        1.1.2 研究目的与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 发动机模型建立的研究现状
        1.2.2 发动机空燃比AFR控制的研究现状
    1.3 研究主要内容
2 面向控制的发动机平均值模型建立
    2.1 发动机传感器与执行器
    2.2 燃油蒸发动态模型的建立
    2.3 进气道空气动态模型的建立
        2.3.1 节气门流动模型
        2.3.2 气缸进气口处空气流量动态模型
    2.4 动力学输出动态模型
    2.5 时滞模型
    2.6 模型封装
    2.7 本章小节
3 面向发动机空燃比控制的参数标定
    3.1 发动机试验台架搭建
        3.1.1 试验对象及设备
        3.1.2 台架准备
    3.2 发动机电控系统的硬件标定
        3.2.1 喷油器的选择与标定
        3.2.2 充气效率的计算
    3.3 基于BP神经网络技术对容积效率处理
    3.4 本章小节
4 基于模型的空燃比控制策略研究
    4.1 空燃比跟踪控制的描述
    4.2 发动机空燃比控制器设计
    4.3 带油膜补偿器的空燃比控制
        4.3.1 油膜动态前馈补偿器
        4.3.2 X-τ模型参数辨识
        4.3.3 油膜参数最小二乘法辨识
    4.4 本章小节
5 空燃比控制算法设计
    5.1 控制系统设计
        5.1.1 扰动观测器设计
        5.1.2 非线性控制器设计
    5.2 气缸进气量估计
    5.3 仿真验证
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果

(5)燃煤电站CO2捕集系统建模与优化控制(论文提纲范文)

摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 基于化学吸附的燃烧后CO_2捕集系统研究现状
        1.2.1 燃烧后CO_2捕集系统动态建模
        1.2.2 燃烧后CO_2捕集系统辨识
        1.2.3 燃烧后CO_2捕集系统运行控制
    1.3 燃煤电站CO_2捕集整体系统研究现状
    1.4 预测控制研究现状
        1.4.1 稳定预测控制方法研究现状
        1.4.2 经济性预测控制方法研究现状
    1.5 存在的问题及本文主要工作
        1.5.1 存在的问题
        1.5.2 本文主要工作
第二章 燃煤电站CO_2捕集系统建模与特性分析
    2.1 引言
    2.2 660MW超临界燃煤火电机组非线性模型
        2.2.1 制粉系统建模
        2.2.2 锅炉汽水系统建模
        2.2.3 汽轮机建模
        2.2.4 烟气流量建模
        2.2.5 最简模型结构
        2.2.6 参数辨识
        2.2.7 模型验证
    2.3 基于化学吸收法的燃烧后CO_2捕集系统动态模型
        2.3.1 吸收塔、分离塔模型
        2.3.2 再沸器和冷凝器模型
        2.3.3 换热器模型
        2.3.4 缓冲罐模型
        2.3.5 PCC系统模型验证
    2.4 基于化学吸收法的燃烧后CO_2捕集系统结构设计
        2.4.1 贫液流量初始估计
        2.4.2 吸收塔和分离塔尺寸计算
        2.4.3 换热器尺寸
        2.4.4 再沸器、冷凝器和缓冲罐尺寸
    2.5 基于化学吸收法的燃烧后CO_2捕集系统稳态优化
        2.5.1 吸收塔高度
        2.5.2 再沸器温度及压力
    2.6 燃煤电站CO_2捕集系统动态特性分析
        2.6.1 火电机组动态特性分析
        2.6.2 PCC系统动态特性分析
        2.6.3 燃煤电站CO_2捕集系统集成
        2.6.4 整体系统动态特性分析
    2.7 本章小结
第三章 燃煤电站CO_2捕集系统神经网络逆PID控制
    3.1 引言
    3.2 燃煤电站CO_2捕集系统分散控制结构
        3.2.1 燃煤火电机组协调控制系统
        3.2.2 燃烧后CO_2捕集系统控制结构
        3.2.3 燃煤电站CO_2捕集系统整体控制结构
    3.3 燃煤电站CO_2捕集系统神经网络逆PID控制
        3.3.1 神经网络逆控制结构
        3.3.2 CFPP-PCC神经网络逆模型
        3.3.3 改进神经网络逆控制结构
        3.3.4 仿真算例
    3.4 本章小结
第四章 燃煤电站CO_2捕集系统预测控制方法研究
    4.1 引言
    4.2 燃煤电站CO_2捕集系统预测控制
        4.2.1 CFPP-PCC预测控制算法
        4.2.2 CFPP-PCC系统不同控制模式
        4.2.3 仿真算例
    4.3 燃煤电站CO_2捕集系统稳定预测控制
        4.3.1 基于改进扩张状态观测器的无穷时域稳定预测控制算法
        4.3.2 仿真算例
    4.4 本章小结
第五章 融合机器学习与演化计算的燃煤电站CO_2捕集系统经济性预测控制
    5.1 引言
    5.2 考虑CO_2产量的CFPP-PCC系统
        5.2.1 CFPP-PCC系统全流程简述
        5.2.2 CO_2产量动态特性分析
    5.3 机器学习算法在燃煤电站CO_2捕集系统中的应用
        5.3.1 基于深度置信网络的CFPP-PCC系统稳态建模
        5.3.2 基于长短期记忆网络的CFPP-PCC系统动态建模
    5.4 燃煤电站CO_2捕集系统双层优化控制
        5.4.1 CFPP-PCC系统上层优化
        5.4.2 CFPP-PCC系统下层监督控制
        5.4.3 仿真算例
    5.5 基于机器学习的稳定经济性预测控制
        5.5.1 稳定经济性预测控制算法
        5.5.2 仿真算例
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 工作展望
致谢
参考文献
作者简介

(6)电力系统动态行为的轨迹断面特征根分析(论文提纲范文)

摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景
    1.2 扰动“大小”思辨
        1.2.1 电力系统功角稳定性及其分类
        1.2.2 小干扰动态稳定与大干扰动态稳定
        1.2.3 电力系统的动态行为
    1.3 低频振荡的成因
        1.3.1 负阻尼理论
        1.3.2 强迫功率振荡理论
        1.3.3 模态谐振理论
        1.3.4 分岔理论
    1.4 低频振荡的分析方法
        1.4.1 基于模型的方法
        1.4.2 基于轨迹的方法
    1.5 本文的主要研究工作
        1.5.1 研究思路与主要工作
        1.5.2 论文组织结构
第2章 轨迹断面特征根的理论基础
    2.1 引言
        2.1.1 特征根概念的拓展
        2.1.2 轨迹断面特征根的应用范围
    2.2 轨迹断面特征根理论
        2.2.1 动态模型的分段线性化表达式
        2.2.2 分段线性化的前提假设
    2.3 重构轨迹与误差分析
        2.3.1 基于轨迹断面特征根重构状态量轨迹
        2.3.2 重构轨迹的误差分析
        2.3.3 断面初始动能的影响
    2.4 轨迹断面特征根的物理意义
        2.4.1 近似的线性时变系统
        2.4.2 振荡模式与特征模式
    2.5 轨迹断面特征根的误差校验
    2.6 本章小结
第3章 电力系统瞬时振荡特征的提取
    3.1 引言
        3.1.1 电力系统的瞬时振荡特征
        3.1.2 频域的特征分析与空间域的EEAC
    3.2 瞬时振荡特征
        3.2.1 瞬时阻尼/频率特征与模态演化
        3.2.2 特征模式的激发程度
    3.3 电力系统时变动态特性分析框架
    3.4 算例分析
        3.4.1 相对原点特征根的优越性
        3.4.2 不同振荡场景各特征模式的激发程度
        3.4.3 危险特征模式随时间的演化
    3.5 本章小结
第4章 特征模式交互与状态量维数变化的轨迹断面特征根分析
    4.1 小干扰动态稳定分析中的特征模式交互
        4.1.1 超低频振荡中的复杂现象
        4.1.2 特征模式转移矩阵
        4.1.3 算例分析
    4.2 状态量维数变化对系统动态特性的影响
        4.2.1 切机控制的潜在振荡风险
        4.2.2 切机对电力系统动态行为的影响
        4.2.3 切机后振荡失稳的实例
        4.2.4 算例分析
    4.3 本章小结
第5章 轨迹断面特征根的模式匹配与快速计算
    5.1 轨迹断面特征根的模式匹配
        5.1.1 特征模式的时序相关性
        5.1.2 基于特征模式转移矩阵的匹配方法
        5.1.3 算例分析
    5.2 轨迹断面特征根的快速计算
        5.2.1 大规模高阶矩阵特征根的求解困难
        5.2.2 轨迹的振荡模式与发电机分群
        5.2.3 关键特征模式的估计
        5.2.4 算例分析
    5.3 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 对于电力系统动态分析的意义
    6.2 轨迹断面特征根方法的应用与展望
参考文献
附录
    附录A 元件动态模型
    附录B IEEE 3机9节点系统数据
    附录C IEEE 10机39节点系统数据
    附录D 2机4节点系统数据
    附录E 正规形方法的模式交互指标
    附录F 快速法与自激法对比
    附录G 快速法对控制器以及余下群的近似
致谢
攻读博士学位期间发表与录用的学术论文及授权专利
学位论文评阅及答辩情况表

(7)建筑墙体调湿材料层吸放湿计算方法与简化模型研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 建筑墙体调湿系统概述
    1.3 国内外研究现状
    1.4 研究内容及方法
    1.5 小结
2 调湿材料吸放湿原理及传统计算方法
    2.1 引言
    2.2 吸放湿原理
    2.3 湿传递数学描述
    2.4 传统计算方法
    2.5 小结
3 墙体调湿材料层吸放湿傅里叶变换-传递函数计算方法
    3.1 引言
    3.2 线性系统叠加原理
    3.3 傅里叶变换与逆变换
    3.4 调湿材料吸放湿系统频域响应
    3.5 傅里叶变换-传递函数计算方法
    3.6 傅里叶变换-传递函数模型的验证
    3.7 小结
4 墙体调湿材料吸放湿计算方法实验验证
    4.1 引言
    4.2 实验系统设计与搭建
    4.3 数据测量与环境控制
    4.4 测试样品
    4.5 工况设计
    4.6 实验验证
    4.7 其他学者实验结果验证
    4.8 小结
5 调湿材料层湿缓冲优化厚度研究
    5.1 引言
    5.2 调湿材料湿缓冲作用
    5.3 调湿材料湿缓冲优化厚度
    5.4 湿缓冲优化厚度计算方法
    5.5 计算示例
    5.6 湿缓冲优化厚度计算方法验证
    5.7 湿缓冲优化厚度值的理论推导
    5.8 小结
6 双层调湿材料湿缓冲特性研究
    6.1 引言
    6.2 室内湿度频谱特性分析
    6.3 双层调湿材料墙体湿传递函数
    6.4 双层调湿材料墙体结构优化设计
    6.5 双层调湿材料湿缓冲性能评价
    6.6 小结
7 墙体调湿材料层简化动态湿传递模型
    7.1 引言
    7.2 传统简化湿传递模型
    7.3 简化动态湿传递模型
    7.4 简化模型参数辨识
    7.5 计算示例与分析
    7.6 模型实验验证
    7.7 小结
8 基于简化动态湿传递模型的室内湿环境模拟研究
    8.1 引言
    8.2 室内湿环境模拟平台
    8.3 模拟平台数值验证
    8.4 基于简化动态湿传递模型的室内湿环境模拟
    8.5 调湿材料调湿效果评价
    8.6 小结
9 总结与展望
    9.1 总结
    9.2 展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文与研究成果
附录2 博士生期间参与的课题研究情况
附录3 博士生期间获奖情况

(8)萃取精馏过程的工艺集成设计与模型预测控制(论文提纲范文)

摘要
abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 基于精馏技术的共沸物分离工艺
        1.2.1 变压精馏
        1.2.2 共沸精馏
        1.2.3 萃取精馏
    1.3 萃取精馏节能设计
        1.3.1 萃取精馏工艺条件节能设计
        1.3.2 热泵辅助萃取精馏
        1.3.3 萃取精馏隔壁塔
        1.3.4 热集成萃取精馏
    1.4 精馏过程的优化技术
    1.5 萃取精馏工艺控制
        1.5.1 比例积分控制
        1.5.2 模型预测控制
        1.5.3 模型预测控制参数整定
    1.6 本论文的研究目的和研究内容
2 基于网格自适应直接搜索法的萃取精馏工艺设计与控制优化
    2.1 引言
    2.2 优化方法
        2.2.1 经济评估目标函数
        2.2.2 网格自适应直接搜索优化算法
        2.2.3 软件集成方法
    2.3 化工过程的(火用)分析方法
    2.4 正己烷与乙酸乙酯萃取精馏工艺可行性分析
        2.4.1 热力学数据
        2.4.2 萃取剂的选择
    2.5 正己烷与乙酸乙酯萃取精馏稳态工艺设计
        2.5.1 常规萃取精馏工艺
        2.5.2 热泵辅助萃取精馏工艺
        2.5.3 稳态工艺经济性能和热力学效率比较
    2.6 汽相再压缩热泵辅助萃取精馏工艺控制结构设计
        2.6.1 灵敏板温度选择
        2.6.2 控制结构设计
    2.7 动态性能评估
        2.7.1 原料流量扰动
        2.7.2 原料组分扰动
        2.7.3 控制结构性能定量比较
    2.8 本章小结
3 基于优化的模型预测控制权重参数整定
    3.1 引言
    3.2 模型预测控制算法
        3.2.1 工厂模型
        3.2.2 状态观测器
        3.2.3 无偏差模型预测控制器
    3.3 模型预测控制权重参数整定
        3.3.1 基于双层结构的多目标优化整定方法
        3.3.2 基于单层结构的非线性规划整定方法
        3.3.3 仿真案例
    3.4 本章小结
4 直接操作气相分配比萃取精馏隔壁塔温差控制设计与评估
    4.1 引言
    4.2 EDWC稳态工艺流程
    4.3 灵敏板温度和参考温度选择
        4.3.1 灵敏板温度的选择
        4.3.2 参考温度的选择
    4.4 PI控制结构设计与评估
        4.4.1 PI控制结构设计
        4.4.2 PI控制动态性能评估
    4.5 MPC控制方案
        4.5.1 工厂模型
        4.5.2 状态观测器
        4.5.3 MPC控制器
        4.5.4 MPC控制器整定
        4.5.5 MPC动态性能评估
    4.6 本章小结
5 间接操作气相分配比萃取精馏隔壁塔温差控制设计与评估
    5.1 引言
    5.2 EDWC稳态工艺流程
    5.3 PI控制结构设计
    5.4 MPC工厂模型辨识
        5.4.1 MPC控制结构
        5.4.2 工厂模型辨识
    5.5 MPC控制器设计
        5.5.1 状态观测器
        5.5.2 MPC控制器
        5.5.3 MPC控制器整定
    5.6 动态性能评估
        5.6.1 原料流量扰动
        5.6.2 原料组分扰动
        5.6.3 控制结构性能定量比较
    5.7 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 后续研究工作的展望
参考文献
附录
    A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
    B.作者在攻读学位期间获得的奖励
    C.学位论文数据集
致谢

(9)质子交换膜燃料电池启停和变载工况下的动态特性研究(论文提纲范文)

致谢
摘要
ABSTRACT
符号表
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 PEMFC动态特性
        1.2.2 PEMFC热管理系统的控制策略
        1.2.3 PEMFC结构优化
    1.3 本文主要研究内容
2 质子交换膜燃料电池动态模型
    2.1 质子交换膜燃料电池堆模型
        2.1.1 电堆输出电压模型
        2.1.2 35kW质子交换膜燃料电池堆模型验证
        2.1.3 双电荷层电容模型
        2.1.4 电堆阴极流道模型
        2.1.5 电堆阳极流道模型
        2.1.6 膜内水传递模型
    2.2 质子交换膜燃料电池数学模型
    2.3 本章小结
3 质子交换膜燃料电池辅助系统动态模型
    3.1 管道动态集总参数模型
    3.2 供气管道模型
        3.2.1 燃料电池电堆理论供气流量模型
        3.2.2 空气供应系统
        3.2.3 氢气供应系统
    3.3 回流管道模型
    3.4 空气冷却器模型
    3.5 加湿器模型
    3.6 热管理系统模型
        3.6.1 燃料电池系统产热分析
        3.6.2 燃料电池系统散热分析
        3.6.3 热管理系统模型验证
    3.7 本章小结
4 基于变载工况PEMFC热管理系统控制策略研究
    4.1 燃料电池热管理系统的控制策略
        4.1.1 流量跟随控制策略原理
        4.1.2 神经网络自抗扰控制策略原理
    4.2 流量跟随函数计算
    4.3 神经网络自抗扰控制器模型
        4.3.1 电堆热管理系统扩张状态观测器
        4.3.2 电堆热管理系统误差反馈控制律
        4.3.3 电堆热管理系统扰动估计补偿
        4.3.4 神经网络模型基本原理
    4.4 热管理系统控制模型验证
    4.5 控制策略仿真结果分析
        4.5.1 流量跟随电流控制策略
        4.5.2 神经网络自抗扰控制策略
        4.5.3 流量同时跟随电流及功率控制策略
        4.5.4 控制策略对比
        4.5.5 控制品质评估
    4.6 本章小结
5 PEMFC结构优化和动态仿真研究
    5.1 质子交换膜燃料电池基础模型
        5.1.1 模型建立
        5.1.2 模型的边界条件
        5.1.3 模型的数值方法
        5.1.4 模型验证
    5.2 遗传算法
    5.3 优化结果分析
        5.3.1 流道截面优化
        5.3.2 不同流道结构
        5.3.3 蛇形流场PEMFC
        5.3.4 不同工况下PEMFC的动态特性
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集

(10)环己烯催化精馏水合制备环己醇动态控制研究(论文提纲范文)

摘要
Abstract
1 文献综述
    1.1 环己醇生产工艺概述
    1.2 环己烯水合催化精馏过程
    1.3 催化精馏过程模拟
        1.3.1 稳态模拟
        1.3.2 动态模拟
    1.4 催化精馏控制
        1.4.1 催化精馏控制方法概述
        1.4.2 催化精馏控制研究进展
        1.4.3 催化精馏控制典型案例
    1.5 课题研究内容及意义
2 催化精馏塔模型验证
    2.1 催化精馏实验
        2.1.1 实验药品与仪器
        2.1.2 分析方法
        2.1.3 实验步骤
    2.2 催化精馏模拟基础数据
        2.2.1 热力学模型
        2.2.2 动力学模型
    2.3 催化精馏塔模型验证
    2.4 小结
3 工艺流程建立及模拟优化
    3.1 工艺流程设计
    3.2 工艺流程模拟优化
        3.2.1 环己烯-水进料比
        3.2.2 环己烯-异佛尔酮进料比
        3.2.3 有机相回流比
        3.2.4 精馏段塔板数
        3.2.5 反应段塔板数
    3.3 小结
4 动态模型建立与系统响应分析
    4.1 动态模型的建立
    4.2 动态模型可靠性验证
    4.3 系统动态响应分析
        4.3.1 RD塔有机相回流比
        4.3.2 RD塔再沸器热负荷
        4.3.3 进料流量
    4.4 小结
5 控制方案设计及性能评估
    5.1 基本控制环路
        5.1.1 储量控制环路
        5.1.2 品质控制环路
    5.2 系统特征分析
    5.3 替代控制方案
    5.4 灵敏板位置选择
        5.4.1 方法总结
        5.4.2 单温度控制方案灵敏板位置选择
        5.4.3 双温度控制方案灵敏板位置选择
    5.5 控制器参数调谐
    5.6 控制方案性能评估
        5.6.1 进料量扰动性能分析
        5.6.2 进料组成扰动性能分析
    5.7 小结
6 结论
参考文献
致谢
个人简介
攻读学位期间发表的学术论文

四、应用于快速响应设计的产品动态模型(论文参考文献)

  • [1]深冷空分动态过程建模及仿真研究[D]. 楼红枫. 浙江大学, 2021(01)
  • [2]工业烟丝干燥过程建模与先进控制策略研究[D]. 陈安钢. 东华大学, 2021(01)
  • [3]单相级联H桥整流器电压脉动抑制与电压均衡控制[D]. 郭松. 山东大学, 2021(12)
  • [4]基于模型的发动机瞬态空燃比控制研究[D]. 解鹏. 重庆理工大学, 2021(02)
  • [5]燃煤电站CO2捕集系统建模与优化控制[D]. 廖霈之. 东南大学, 2020(02)
  • [6]电力系统动态行为的轨迹断面特征根分析[D]. 宾子君. 山东大学, 2020(10)
  • [7]建筑墙体调湿材料层吸放湿计算方法与简化模型研究[D]. 万航. 华中科技大学, 2020(01)
  • [8]萃取精馏过程的工艺集成设计与模型预测控制[D]. 冯泽民. 重庆大学, 2020(02)
  • [9]质子交换膜燃料电池启停和变载工况下的动态特性研究[D]. 赵洪波. 北京交通大学, 2020(03)
  • [10]环己烯催化精馏水合制备环己醇动态控制研究[D]. 胡明圆. 烟台大学, 2020(02)

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响应式设计的产品动力学模型
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