燃料反饋控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介

最常用的傳感器為安裝在排氣流中測(cè)定氧濃度的氧傳感器。它包括一個(gè)鍍有鉑的二氧化鋯（ZrO2）元件或二氧化鈦（TiO2）元件。在足夠高的溫度下，這種電化學(xué)元件根據(jù)排氣氧含量而產(chǎn)生大約1V的電壓。這一電壓被傳給信號(hào)處理器，該處理器再將校正信號(hào)傳給噴油嘴和化油器，或?qū)z測(cè)到的電壓信號(hào)與要求的參考值進(jìn)行比較和調(diào)整燃料控制，或使燃料控制在富燃料極限和貧燃料極限之間迅速擺動(dòng)，將空-燃比保持在最佳范圍內(nèi)。由于傳感器不能在低溫下作業(yè)，所以起動(dòng)時(shí)要求開式回路，直到傳感器溫度達(dá)到大約350℃為止。除了排氣氧傳感器之外，可用來幫助控制排放的傳感器還有發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸部位傳感器、空氣溫度傳感器、節(jié)流閾部位傳感器和冷卻水傳感器。這些裝置通過電子控制處理的信息。精確調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料消耗、空氣流量、廢氣再循環(huán)和點(diǎn)火時(shí)間等變量。燃料反饋控制系統(tǒng)對(duì)三元催化劑的正確使用極為重要。2100433B

近年來, 基于模型的預(yù)測(cè)控制技術(shù)在理論上和應(yīng)用上都取得了很大的進(jìn)展, 如動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC) , 廣義預(yù)測(cè)控制(GPC)和狀態(tài)反饋預(yù)測(cè)控制(SPC)等算法, 都以它獨(dú)有的模型預(yù)測(cè)、反饋校正和滾動(dòng)優(yōu)化等特點(diǎn), 越來越受到廣大科技工作者的重視。狀態(tài)反饋預(yù)測(cè)控制, 使用實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋, 提高了控制系統(tǒng)抑制不可測(cè)干擾能力, 改善了控制系統(tǒng)的魯棒性。

在先進(jìn)控制系統(tǒng)實(shí)際工程應(yīng)用中,由于非線性、時(shí)變性和不確定性等原因, 預(yù)測(cè)模型很難準(zhǔn)確。為了在線調(diào)整靈活方便, 使?fàn)顟B(tài)反饋預(yù)測(cè)控制算法有一定的魯棒性和適應(yīng)能力, 按預(yù)測(cè)控制計(jì)算出的最優(yōu)控制作用式, 先乘上一個(gè)相應(yīng)的衰減系數(shù)后再送出, 使控制器送出的控制作用適當(dāng)?shù)販p小, 這一衰減系數(shù)稱為預(yù)測(cè)控制作用衰減系數(shù), 用β_u ∈R^{m ×m}表示。為了簡(jiǎn)單, β_u可選為

預(yù)測(cè)控制作用衰減系數(shù)β_u, 可以改變預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn), 適當(dāng)?shù)恼{(diào)整β_u的大小, 可以使閉環(huán)系統(tǒng)的控制性能和魯棒性等方面得到兼顧, 改善系統(tǒng)的綜合控制性能, 使預(yù)測(cè)模型的適應(yīng)范圍增大。

基于狀態(tài)空間模型, 使用可以實(shí)測(cè)的狀態(tài)變量反饋, 提高預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)抑制不可測(cè)干擾能力和改善系統(tǒng)的魯棒性, 是狀態(tài)反饋預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)之一。為了在線調(diào)整靈活方便, 使預(yù)測(cè)控制算法具有一定的魯棒性和適應(yīng)能力, 在計(jì)算最優(yōu)控制律之前, 把實(shí)測(cè)的狀態(tài)變量, 先乘上一個(gè)相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)后, 再去計(jì)算預(yù)測(cè)控制律, 這一加權(quán)系數(shù)稱為狀態(tài)反饋加權(quán)系數(shù)，可用β_x∈R^n×n表示。

預(yù)測(cè)控制狀態(tài)反饋加權(quán)系數(shù)β_x的維數(shù)由狀態(tài)變量的維數(shù)決定, 控制律衰減系數(shù)β_u的維數(shù)由輸入變量的維數(shù)決定, 其參數(shù)的選取也可以是非對(duì)角矩陣。預(yù)測(cè)控制狀態(tài)反饋加權(quán)系數(shù)β_x , 當(dāng)0<βⁱ_x ≤1 時(shí), 使?fàn)顟B(tài)反饋?zhàn)饔脺p弱, 如果選取βⁱ_x >1 使?fàn)顟B(tài)反饋?zhàn)饔迷鰪?qiáng), 調(diào)整狀態(tài)反饋加權(quán)系數(shù)βⁱ_x 或控制律衰減系數(shù)βⁱ_u , 都可以適當(dāng)?shù)母淖冾A(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn), 從而改善系統(tǒng)的綜合控制性能, 使預(yù)測(cè)模型的適應(yīng)范圍增大。 2100433B

燃料調(diào)節(jié)裝置燃料控制系統(tǒng)的任務(wù)

通過控制進(jìn)入鍋爐的燃料量(如:油、煤等)維持過熱器出口汽壓,以保證在不同負(fù)荷下鍋爐的安全運(yùn)行,汽壓變化時(shí)表示鍋爐的蒸汽產(chǎn)量和負(fù)荷的耗汽量不適應(yīng),這時(shí)必須相應(yīng)地改變?nèi)剂系墓?yīng)量,以改變鍋爐的產(chǎn)汽量,維持燃燒過程的能量平衡。

燃料調(diào)節(jié)裝置燃料量控制系統(tǒng)的燃料信號(hào)

控制系統(tǒng)與燃燒過程是可以相互獨(dú)立運(yùn)行的，對(duì)于燃燒過程而言，可以迅速有效地改變進(jìn)入爐膛的燃料量，以適應(yīng)負(fù)荷的變化，這對(duì)于維持主汽壓力的穩(wěn)定是有利的。但對(duì)于燃料量的測(cè)量上是一個(gè)特殊的問題，要準(zhǔn)確測(cè)量進(jìn)入爐膛的瞬時(shí)煤粉量尚有難度。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用的方法是兩種間接法：最常見的是采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代替給粉量的方法，因?yàn)樵谡?理想)情況下,給粉機(jī)的出力與轉(zhuǎn)速成正比。給粉機(jī)轉(zhuǎn)速容易測(cè)量、反應(yīng)速度快，因此，采用給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代表給粉量是中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉鍋爐燃料控制系統(tǒng)常用方法之一。另外一種是以熱量信號(hào)代表燃料量信號(hào)的燃料控制系統(tǒng)，熱量信號(hào)是由蒸汽流量信號(hào)和汽包壓力的微分信號(hào)組成,在蓄熱系統(tǒng)準(zhǔn)確求出后，它能較準(zhǔn)確代表進(jìn)入鍋爐的燃料量，并能克服給粉機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)代表給粉量的一些缺點(diǎn)。

最省燃料控制系統(tǒng)是最優(yōu)控制理論的一種，例如航天器攜帶的燃料有限，希望航天器在狀態(tài)轉(zhuǎn)移時(shí)所消耗的燃料盡可能的少，此時(shí)需要設(shè)計(jì)滿足該條件的相應(yīng)控制系統(tǒng)，這是最省燃料控制系統(tǒng)的應(yīng)用背景。

最優(yōu)控制理論是研究在給定約束條件下使控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的理論，它是現(xiàn)代控制理論的一個(gè)重要分支。20世紀(jì)50年代末，在航天航空技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的推動(dòng)下，最優(yōu)控制理論開始形成和發(fā)展。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和最優(yōu)控制算法的不斷完善，使得最優(yōu)控制問題的解決變成了現(xiàn)實(shí)。最優(yōu)控制理論所研究的問題可以概述為：在系統(tǒng)的狀態(tài)方程和約束條件確定的情況下，從一類容許控制中找出一個(gè)能使系統(tǒng)由給定的初始狀態(tài)轉(zhuǎn)移到終端狀態(tài)，并且使性能指標(biāo)為最優(yōu)的控制律(或控制方案)。蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家龐特里亞金1956年提出的極大值原理和美國(guó)數(shù)學(xué)家貝爾曼1957年創(chuàng)立的動(dòng)態(tài)規(guī)劃，為最優(yōu)控制提供了理論基礎(chǔ)。1959年美籍匈牙利數(shù)學(xué)家卡爾曼提出著名的卡爾曼濾波理論解決了隨機(jī)最優(yōu)控制問題，1960年他又提出和解決了線性系統(tǒng)具有二次型性能指標(biāo)的最優(yōu)控制問題。研究最優(yōu)控制問題的方法主要有極大值原理和動(dòng)態(tài)規(guī)劃 。