基于随机分布控制理论的锅炉低温烟气余热利用过程控制

In order to deal with nonlinearities, coupling among multi-variables, time varying and uncertainties induced by exhaust in waste heat utilizing processes, the waste heat recovery processes are regarded as stochastic processes. Based on stochastic distribution control theories, modelling and control strategies are investigated for waste heat recovery processes. The proposed strategies will be testified in an experimental waste heat recovery system. The main task in this project include: 1) Build the regenerative model for waste heat recovery processes; 2) Investigate several stochastic distribution control algorithms based on regenerative model; 3) Study stochastic distribution control algorithm for nonlinear non-Gaussian system with its application to waste heat recovery processes. 4) The proposed modeling and control strategies are testified in an experimental waste heat recovery system with Organic Rankine Cycle. The results can be applied in many other industrial processes.

针对锅炉低温烟气余热利用过程中非线性、多变量耦合、时变、烟气流量及烟气温度存在随机性等问题，将低温余热利用过程作为随机过程，研究低温余热利用过程建模及随机分布控制策略，建立一套完整的余热利用过程建模、分析与设计框架，并设计实验系统验证研究成果。本项目主要内容有：1）研究余热利用过程再生模型；2）基于再生模型研究随机分布控制算法；3）针对带控制输入、输出及中间变量受限的非线性非高斯系统，研究随机分布控制算法，将其应用于采用有机朗肯循环技术的工业锅炉低温烟气余热利用过程，提高余热利用过程控制品质，解决在余热源频繁、剧烈变化或负荷快速变化时难以实施高品质控制、锅炉尾部酸露点腐蚀等难题，实现余热高效利用；4）在有机朗肯循环余热利用实验系统上验证提出的余热利用过程建模及控制算法。该项目所取得的成果具有广阔前景，可推广到其它工业过程控制领域。

针对锅炉低温烟气余热利用过程中非线性、多变量耦合、时变、烟气流量及烟气温度存在随机性等问题，将低温余热利用过程作为随机过程，研究低温余热利用过程建模及控制策略，建立一套完整的余热利用过程建模、控制系统分析与设计框架，并设计实验系统验证研究成果。本项目研究工作和所取得的成果包括：1）研究余热利用过程动态特性，分析余热利用系统运行方式，建立面向控制的余热利用过程机理模型及其简化模型，揭示深度利用余热的本质；2）针对非线性非高斯系统，提出了一些随机控制及滤波算法；研究余热利用系统中存在的非高斯扰动特性，将提出的非线性非高斯系统随机控制算法用于余热利用系统中，提高了余热利用过程控制系统品质；将提出的非线性非高斯系统滤波算法用于传感器故障诊断、换热器结垢检测中，提高了余热利用系统的安全性和可靠性；3）分别将增益调度控制算法、基于偏最小二乘框架下的鲁棒控制算法、预测控制算法、广义最小方差控制算法等先进控制算法应用于余热利用过程中，提高余热利用过程控制系统性能，实现余热高效利用；4）基于跟踪误差信息熵提出了控制系统性能评价新方法；在有机朗肯循环余热利用实验系统及仿真平台上验证提出的余热利用过程建模及控制算法。该项目所取得的成果具有广阔前景，可推广到其它工业过程控制领域。