本文關(guān)鍵詞：基于模糊自適應(yīng)Kalman濾波的傳熱過(guò)程實(shí)時(shí)反演及應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： 傳熱學(xué)反問(wèn)題 模糊自適應(yīng) 卡爾曼濾波 降階 實(shí)時(shí)反演

【摘要】：根據(jù)傳熱系統(tǒng)的部分溫度輸出信息反求系統(tǒng)的某些未知特征量(如熱物性參數(shù)、邊界條件、幾何條件及輸入源項(xiàng)等),構(gòu)成了傳熱學(xué)反問(wèn)題(Inverse Heat Transfer Problem, IHTP)。傳熱學(xué)反問(wèn)題是一類典型的反演課題。各類傳熱學(xué)反問(wèn)題廣泛存在于能源動(dòng)力、材料加工、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、無(wú)損探傷等工程領(lǐng)域。卡爾曼濾波(Kalman Filtering, KF)以系統(tǒng)狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ),利用輸出觀測(cè)信息對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行遞歸估計(jì),并使得估計(jì)均方誤差達(dá)到最小。本文研究了基于卡爾曼濾波的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程實(shí)時(shí)反演及應(yīng)用問(wèn)題,并針對(duì)傳統(tǒng)卡爾曼濾波方法在傳熱系統(tǒng)反演過(guò)程中面臨的問(wèn)題,提出了基于模糊自適應(yīng)卡爾曼濾波(Fuzzy Adaptive Kalman Filtering, FAKF)和系統(tǒng)降階技術(shù)的傳熱過(guò)程實(shí)時(shí)反演及溫度場(chǎng)重構(gòu)方法。本文的主要研究工作包括：①針對(duì)二維非穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng),采用能量平衡法建立了對(duì)應(yīng)的狀態(tài)空間模型,獲得了二維非穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)的狀態(tài)向量、狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣、輸入矩陣以及觀測(cè)矩陣。②當(dāng)系統(tǒng)的噪聲協(xié)方差估計(jì)值與實(shí)際情況嚴(yán)重失配時(shí),采用傳統(tǒng)卡爾曼濾波方法獲得的溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)重構(gòu)結(jié)果將可能出現(xiàn)明顯偏差,甚至無(wú)法獲得穩(wěn)定的重構(gòu)結(jié)果。針對(duì)該問(wèn)題,根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)的觀測(cè)誤差及誤差變化率,通過(guò)模糊推理單元,實(shí)時(shí)改變反演過(guò)程中卡爾曼濾波的過(guò)程噪聲協(xié)方差,建立了基于模糊推理的自適應(yīng)卡爾曼濾波反演算法,明顯提高了傳熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)反演過(guò)程的穩(wěn)定性。③直接利用狀態(tài)空間模型和卡爾曼濾波方法重構(gòu)系統(tǒng)的溫度狀態(tài)面臨的另一個(gè)實(shí)際困難在于,需要提供足夠的系統(tǒng)溫度測(cè)量信息。這一要求在實(shí)際工程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。本文采用集結(jié)法(Aggregation Approach)對(duì)二維非穩(wěn)態(tài)傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型進(jìn)行降階處理,顯著降低了溫度場(chǎng)重構(gòu)結(jié)果對(duì)溫度測(cè)點(diǎn)數(shù)目的依賴性,能夠根據(jù)較少的溫度測(cè)量信息重構(gòu)系統(tǒng)的溫度場(chǎng)。④基于模糊自適應(yīng)卡爾曼濾波和系統(tǒng)降階技術(shù),建立了一種鍋爐汽包溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)方法。根據(jù)汽包金屬外壁的少量溫度測(cè)量信息,對(duì)汽包啟動(dòng)過(guò)程中內(nèi)壁的分布熱流進(jìn)行實(shí)時(shí)反演,并實(shí)時(shí)重構(gòu)啟動(dòng)過(guò)程中汽包金屬壁溫度場(chǎng)。利用一臺(tái)600MW亞臨界鍋爐啟動(dòng)過(guò)程升壓曲線,通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了上述方法的有效性。⑤研究了基于上述模糊自適應(yīng)卡爾曼濾波方法的移動(dòng)熱源實(shí)時(shí)反演問(wèn)題。以激光加工過(guò)程的瞬時(shí)移動(dòng)點(diǎn)熱源為例,建立了處理移動(dòng)熱源系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。利用本文提出的反演方法,對(duì)有移動(dòng)熱源的傳熱系統(tǒng)的源項(xiàng)進(jìn)行實(shí)時(shí)反演,并討論了測(cè)量誤差和測(cè)點(diǎn)數(shù)目以及測(cè)點(diǎn)位置等對(duì)反演結(jié)果的影響。結(jié)果表明,本文所建立的方法對(duì)于移動(dòng)熱源傳熱系統(tǒng)的反演問(wèn)題具有較好的適用性。
【關(guān)鍵詞】：傳熱學(xué)反問(wèn)題 模糊自適應(yīng) 卡爾曼濾波 降階 實(shí)時(shí)反演
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 主要符號(hào)表10-12
• 1 緒論12-20
• 1.1 傳熱學(xué)反問(wèn)題的工程背景12-14
• 1.2 傳熱學(xué)反問(wèn)題研究方法14-17
• 1.2.1 空間推進(jìn)法14
• 1.2.2 Tikhonov正則化方法14-15
• 1.2.3 順序函數(shù)法15
• 1.2.4 梯度優(yōu)化算法15-16
• 1.2.5 人工智能算法16-17
• 1.3 本文研究?jī)?nèi)容17-20
• 2 二維傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 狀態(tài)空間模型20-22
• 2.3 二維平板傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型22-26
• 2.3.1 傳熱系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型22
• 2.3.2 網(wǎng)格劃分及狀態(tài)方程的建立22-26
• 2.4 二維圓筒壁傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型26-31
• 2.4.1 圓筒壁傳熱系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型26-27
• 2.4.2 網(wǎng)格劃分及系統(tǒng)的狀態(tài)方程27-31
• 2.5 二維傳熱系統(tǒng)觀測(cè)方程31-32
• 2.6 小結(jié)32-34
• 3 基于模糊卡爾曼濾波的傳熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)反演34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 基于KF的傳熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)反演34-40
• 3.2.1 卡爾曼濾波基本思想34-35
• 3.2.2 卡爾曼濾波狀態(tài)估計(jì)過(guò)程35-38
• 3.2.3 加權(quán)遞推最小二乘法反演源項(xiàng)38-39
• 3.2.4 基于KF的傳熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)反演技術(shù)39-40
• 3.3 基于FAKF的傳熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)反演40-44
• 3.3.1 過(guò)程噪聲協(xié)方差的自適應(yīng)模糊推理40-43
• 3.3.2 基于FAKF的傳熱系統(tǒng)實(shí)時(shí)反演技術(shù)43-44
• 3.4 小結(jié)44-46
• 4 鍋爐汽包溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)重構(gòu)46-58
• 4.1 引言46
• 4.2 汽包傳熱模型46-47
• 4.3 汽包壁傳熱狀態(tài)空間模型47-50
• 4.3.1 汽包壁傳熱全階狀態(tài)空間模型47-49
• 4.3.2 汽包壁傳熱區(qū)域降階49-50
• 4.4 汽包溫度場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)50-56
• 4.4.1 汽包傳熱正問(wèn)題求解50-52
• 4.4.2 FAKF的有效性驗(yàn)證52-53
• 4.4.3 降階模型的有效性驗(yàn)證53-55
• 4.4.4 測(cè)量誤差對(duì)重構(gòu)結(jié)果的影響55-56
• 4.5 小結(jié)56-58
• 5 激光加工過(guò)程移動(dòng)點(diǎn)熱源實(shí)時(shí)反演58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 移動(dòng)熱源物理模型58-60
• 5.3 移動(dòng)點(diǎn)熱源傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型60-63
• 5.3.1 移動(dòng)點(diǎn)熱源傳熱系統(tǒng)輸入矩陣的確定60-62
• 5.3.2 傳熱系統(tǒng)狀態(tài)空間模型62-63
• 5.4 移動(dòng)點(diǎn)熱源實(shí)時(shí)反演63-68
• 5.4.1 移動(dòng)點(diǎn)熱源傳熱正問(wèn)題63-64
• 5.4.2 不同熱源形式的反演結(jié)果64-66
• 5.4.3 測(cè)點(diǎn)布置方案對(duì)熱源反演結(jié)果的影響66-67
• 5.4.4 測(cè)量誤差對(duì)熱源反演結(jié)果的影響67-68
• 5.5 小結(jié)68-70
• 6 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 主要結(jié)論70-71
• 6.2 后繼研究工作的展望71-72
• 致謝72-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 附錄82
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間完成的論文82
• B. 作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目82

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1 歐陽(yáng)名三,余世杰,鄭詩(shī)程,蘇建徽;戶用光伏電源模糊自適應(yīng)PID控制的研究[J];電力電子技術(shù);2003年02期

2 白瑞祥,陳曉艷,費(fèi)春國(guó);模糊自適應(yīng)PID控制及控件實(shí)現(xiàn)[J];儀器儀表學(xué)報(bào);2003年S2期

3 陳曉沖,王萬(wàn)平;常規(guī)PID控制和模糊自適應(yīng)PID控制仿真研究[J];機(jī)床與液壓;2004年12期

4 董紅生;模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)[J];儀器儀表用戶;2005年03期

5 蔣紅武;麥云飛;;模糊自適應(yīng)PID控制在電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中的應(yīng)用[J];機(jī)械制造;2007年10期

6 殷云華;樊水康;陳閩鄂;;自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計(jì)和仿真[J];火力與指揮控制;2008年07期

7 易杰;;模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究[J];制造業(yè)自動(dòng)化;2009年09期

8 任毅;朱笑聰;趙克;孫力;;模糊自適應(yīng)PID控制方法分析及仿真研究[J];伺服控制;2011年01期

9 張安明;;模糊自適應(yīng)PID在船舶汽柴機(jī)組并聯(lián)電站中的應(yīng)用研究[J];上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào);2012年01期

10 郭磊;陳文會(huì);劉小民;;模糊自適應(yīng)PID在汽車底盤測(cè)功機(jī)中的仿真研究[J];電子設(shè)計(jì)工程;2013年07期

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1 王曉楓;;模糊自適應(yīng)PID電液位置伺服系統(tǒng)研究[A];全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2009年會(huì)論文集[C];2009年

2 白瑞祥;陳曉艷;費(fèi)春國(guó);;模糊自適應(yīng)PID控制及控件實(shí)現(xiàn)[A];首屆信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2003年

3 王貴成;汪勇;張占勝;常靜;徐心和;;自適應(yīng)模糊PID控制器的設(shè)計(jì)[A];2008中國(guó)儀器儀表與測(cè)控技術(shù)進(jìn)展大會(huì)論文集（Ⅰ）[C];2008年

4 張勝利;安連祥;;一種模糊自適應(yīng)PID控制器的仿真研究[A];'2002系統(tǒng)仿真技術(shù)及其應(yīng)用學(xué)術(shù)論文集（第四卷）[C];2002年

5 鄭時(shí);鄭文;金霞;;基于模糊自適應(yīng)神經(jīng)推理的區(qū)域經(jīng)濟(jì)瓶頸診斷系統(tǒng)[A];2007'儀表，自動(dòng)化及先進(jìn)集成技術(shù)大會(huì)論文集（二）[C];2007年

6 黃銀萍;唐志勇;;工程機(jī)械電液比例閥控制系統(tǒng)模糊PID控制器研究[A];中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)流體傳動(dòng)與控制分會(huì)第六屆全國(guó)流體傳動(dòng)與控制學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2010年

7 盧京潮;張家明;蔡華;;飛機(jī)橫側(cè)向通道模糊自適應(yīng)調(diào)參控制律設(shè)計(jì)[A];2007年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集[C];2007年

8 胥良;郭松林;孫桂蘭;李忠勤;;基于預(yù)測(cè)模型的模糊自適應(yīng)PID控制器在有源電力濾波器中的應(yīng)用[A];第十屆中國(guó)科協(xié)年會(huì)論文集（二）[C];2008年

9 郭榮祥;沙峰;趙金鳳;;模糊自適應(yīng)PID控制在換熱站自動(dòng)控制中的研究[A];自動(dòng)化技術(shù)與冶金流程節(jié)能減排——全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2008年會(huì)論文集[C];2008年

10 楊學(xué)友;穆慧靈;陳坤紅;張屹;施婕;李鋒凱;;模糊PID算法控件的簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)[A];全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2013年會(huì)論文集[C];2013年

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1 杜文吉;模糊控制系統(tǒng)中的若干關(guān)鍵問(wèn)題研究[D];西安電子科技大學(xué);1999年

2 繆志農(nóng);基于狀態(tài)空間方法的自適應(yīng)模糊控制研究[D];西南交通大學(xué);2006年

3 郝萬(wàn)君;模糊建模與控制及其在電廠熱工自動(dòng)控制中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

4 方煒;空天飛行器再入飛行的模糊自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制[D];南京航空航天大學(xué);2008年

5 張松濤;模糊多模型船舶運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的研究[D];大連海事大學(xué);2006年

6 王志勇;基于模糊混沌的板形識(shí)別與控制技術(shù)的研究[D];燕山大學(xué);2006年

7 韓京元;非線性板球系統(tǒng)的監(jiān)督分層智能自適應(yīng)控制算法研究[D];吉林大學(xué);2014年

8 吳學(xué)禮;兩類非線性過(guò)程的智能控制方法及其應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2005年

9 楊光友;混合粒子群優(yōu)化及其在嵌入式智能控制中的應(yīng)用[D];武漢理工大學(xué);2006年

10 張青;育果袋成型裝備測(cè)控系統(tǒng)研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學(xué);2013年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 張恒;基于模糊PID的電熱前床控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D];昆明理工大學(xué);2015年

2 黃西密;無(wú)人艇建模及操縱運(yùn)動(dòng)仿真的研究[D];大連海事大學(xué);2015年

3 司亞楠;罐裝SO_2用于制糖澄清工段的硫熏強(qiáng)度模糊PID控制系統(tǒng)研究[D];廣西大學(xué);2015年

4 張若谷;蒸汽鍋爐燃燒系統(tǒng)不同工況特性分析及控制方案研究設(shè)計(jì)[D];廣西大學(xué);2014年

5 陳優(yōu);基于模糊-PID的ATO系統(tǒng)速度控制算法的研究[D];湘潭大學(xué);2015年

6 王士力;基于節(jié)能控制系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID研究[D];齊齊哈爾大學(xué);2015年

7 沈建新;基于模糊自適應(yīng)PID的水處理PH值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2015年

8 邊志堅(jiān);模糊PID在鑄錠爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];河北科技大學(xué);2015年

9 林琳;中央空調(diào)蒸發(fā)器建模與控制研究[D];沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué);2016年

10 徐寧;維生素C生產(chǎn)過(guò)程中濃縮工段溫度控制研究[D];河北科技大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：595446