煤炭地下气化大滞后过程增强型Smith自适应控制研究OA

【目的】煤炭地下气化(underground coal gasification,UCG)是一种将地下固态煤转化为气态燃料的原位转化技术。然而,其反应过程具有显著的大滞后特性,该特性会削弱系统响应能力,易引发超调与振荡,从而增加控制难度并降低系统稳定性与动态性能。【方法】针对上述问题,基于遗传算法,提出了一种增强型Smith控制算法,同时搭建了DCS-Matlab半实物仿真实验平台。在500~2000 s滞后时间、25%~40%CO_(2)体积分数设定值下进行系列实验。【结果】滞后时间是影响控制性能的关键因素。相较于PID与Smith控制,提出的增强型Smith控制算法在处理大滞后问题上表现最优。PID(proportion integral derivative)控制下,在滞后增至1500 s时,CO_(2)稳定时间延长30.77倍。模型匹配(τ=1500 s)时,Smith控制将CO_(2)稳定时间从约400 min(PID控制)降至38 min,改善幅度达90.5%;但在模型失配40%时,其稳定时间增加4.37倍,鲁棒性差。相同失配条件下,增强型Smith控制的稳定时间较Smith控制缩短36%~59%,且响应更平滑、超调更小。【结论】增强型Smith控制方法在模型不确定条件下对UCG大滞后系统具有良好的适应性和有效性,可为UCG大滞后过程控制提供理论与实际工程参考。