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本文以带有空气增压装置的增压锅炉作为研究对象,针对提高容积热负荷带来的一些问题,例如大负荷变化时系统的蓄热能力减弱,影响系统的稳定性;由于体积减小带来的汽包水位和汽包压力的剧烈波动等,开展对甩负荷情况下增压锅炉的动态控制策略优化研究。 首先,通过质量守恒、能量守恒和动量守恒等基本原则建立锅炉蒸发系统的模型。分析影响汽包水位和汽包压力的主要因素,并对其进行开环仿真,验证所建模型的准确性。 其次,采用串级三冲量的基本控制结构来缓解汽包水位存在的“虚假水位”问题。在控制器优化上,采用遗传算法对PID、模糊控制算法中的比例因子、量化因子等几个参数进行优化,实现控制器参数的自适应。仿真结果表明,在突降70%负荷时,GA优化的模糊PID控制下汽包水位的调节时间为240s,超调量为2.29%;未优化的调节时间为480s,超调量为3.81%。 然后,设计汽包压力微分先行和直接能量平衡相结合的控制方式作为汽包压力的控制策略。以突变60%负荷为例,改进后的控制算法可以将变化引起的压力峰值由6.385MPa减小至6.311MPa。最后,论证了当负荷变化过大导致汽包压力靠近安全边界时,开启辅助保护回路对压力控制的可行性。 最后,针对凝给水系统提出两种方案。一,设计模糊PID和神经网络PID两种控制算法进行除氧器和冷凝器水位的分别控制;二,将凝给水系统看成一个双输入双输出的系统,设计一种基于神经网络解耦的控制算法。仿真结果表明,对比传统的PID控制,优化的独立控制方式动态特性有一定改善,而解耦控制则更进一步提升了凝给水系统动态特性。 本文针对甩负荷情况下增压锅炉的控制策略优化研究可以为一些因条件限制而无法进行的实际实验提供理论依据和参考数据。仿真结果表明,设计的优化控制策略可以提高甩负荷情况下汽包压力、汽包水位和凝给水回路的动态特性,为船舶安全运行提供保障。