微型甲醇重整系統(tǒng)的先進(jìn)控制研究.pdf

1、在能源問題日益突出的今天，人們正在大力探索可以替代傳統(tǒng)能源實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的新能源。氫能以其清潔高效的優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是可以替代化石能源的未來主要能量來源。但是由于自身特殊的理化性質(zhì)，氫氣的直接應(yīng)用面臨一系列難以解決的問題。于是，利用富含氫元素的理化性質(zhì)較為穩(wěn)定的原料制取氫氣成為解決這一問題的可行方案。由于重整操作溫度適中、轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)勢，甲醇被認(rèn)為是最適合實(shí)際應(yīng)用的氫氣制取原料。因此與甲醇重整制氫相關(guān)的研究紛紛展開，針對這一過程

2、的集成控制研究就是其中的一個(gè)熱點(diǎn)。
　　 由于甲醇重整過程是典型的參變過程，模型的經(jīng)常性無規(guī)律變化使經(jīng)典的控制理論和方法難以達(dá)到很好的控制效果。因此本研究嘗試?yán)孟冗M(jìn)的控制理論和方法實(shí)現(xiàn)對甲醇重整過程的控制。具體的工作內(nèi)容如下：
　　 1.由于甲醇重整過程涉及到復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，機(jī)理分析難以充分考慮到各種情況。針對這一問題，本研究投入大量精力設(shè)計(jì)搭建了一套具備實(shí)際生產(chǎn)能力的微型甲醇重整自動控制研究平臺。這套研究平臺一方面為

3、本研究提供了大量的真實(shí)數(shù)據(jù)，為辨識甲醇重整過程的數(shù)學(xué)模型提供了有力保證，另一方面使設(shè)計(jì)出的控制方法得以實(shí)地應(yīng)用，通過真實(shí)的運(yùn)行效果而不僅僅依靠仿真結(jié)果對控制方法進(jìn)行評估，充分考查控制方法的性能，發(fā)現(xiàn)存在的問題。
　　 2.基于甲醇重整過程的參變特性，本文設(shè)計(jì)了一種具有參數(shù)自適應(yīng)能力的控制方法。由于控制量的計(jì)算過程不依賴于被控過程的模型參數(shù)，這種方法在過程模型發(fā)生明顯變化的情況下依然能達(dá)到比較好的控制效果。針對系統(tǒng)中存在噪聲的實(shí)際

4、情況，本文對所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)控制器進(jìn)行了抗干擾性能的改進(jìn)，使系統(tǒng)的魯棒性得到進(jìn)一步改善。
　　 3.本研究中首次將滑模變結(jié)構(gòu)控制思想應(yīng)用于甲醇重整過程的控制研究。為了克服變結(jié)構(gòu)控制所固有的抖振問題，本文在控制器設(shè)計(jì)之初做了巧妙的處理，在滑模變結(jié)構(gòu)控制器與被控過程之間加入一平滑環(huán)節(jié)，組成組合滑模變結(jié)構(gòu)控制器。仿真結(jié)果表明組合滑模變結(jié)構(gòu)控制器既保留了變結(jié)構(gòu)控制的不變性，又較好的克服了抖振問題的影響，為甲醇重整這一參變過程的控制提供了一