通过余热回收提高能源综合利用率,减少能源消耗是缓解能源和环境问题的重要举措。有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)具有循环热效率高及设备简单等优点,是低温余热回收领域的关键技术。为了提高ORC系统的余热回收能力,本文针对ORC系统的参数优化和控制问题进行了深入研究,主要工作内容概括如下:·针对车载有机朗肯循环系统,提出了一种基于热力学稳态模型的系统参数优化方法,有效提高了有机朗肯循环在余热变化下的性能表现。该方法先通过建立ORC系统的热力学模型来预测换热器(蒸发器和冷凝器)几何参数和系统运行参数对ORC系统性能的影响。然后综合考虑发动机排气余热的多工况特性及ORC系统安装带来的负面影响,以系统净输出功率为目标,对车载ORC系统的参数进行了优化。通过求解所建立的混合整数非线性优化问题同时得到系统最优的换热器几何参数以及ORC系统运行参数。将所提的优化方法分别与不考虑ORC系统负面影响的优化方法和只在一个主要排气工况上优化的方法进行了比较,结果表明了本方法的优越性。·针对传统ORC控制序贯设计的缺点,提出了一种基于结构奇异值分析的有机朗肯循环运行参数优化与控制集成方法,该方法保证了有机朗肯循环在余热波动下安全高效运行。由于传统上在确定ORC系统控制目标(循环运行参数)的过程中没有考虑过程的闭环动态特性,所得到的控制目标在扰动下是不可达的,或在控制过程中容易违反约束条件。针对这一缺点,本方法在优化ORC系统运行参数(控制目标)的时候考虑了系统的闭环动态特性,以最大净输出功率为目标,建立了集成控制优化模型。在优化过程中基于结构奇异值对各个约束的动态可行性进行判断。通过对集成控制优化模型的求解同时得到ORC系统的最优运行参数和控制器参数。仿真结果表明该运行参数与控制集成优化方法的优越性。·针对大范围波动的余热工况,提出了有机朗肯循环的经济模型预测控制方法,有效地提高了系统的净输出功率。当余热工况在大范围内变化时,ORC系统的动态特性会发生很大的变化,为了最大限度地回收余热并在ORC系统的动态操作过程中满足约束要求,本方法以最大净输出功率为目标,设计了经济模型预测控制器。为了加快控制问题的求解,采用能反映系统动态特性的简化ORC模型作为预测模型,利用伪序贯方法求解并对控制问题的初始值进行了设计,同时简化了目标梯度的计算方式。仿真结果显示,与基于模型预测控制的监督控制相比,该经济模型预测控制能提高ORC系统的净输出功率。此外,该经济模型预测控制还适用于ORC负载跟踪控制,控制性能令人满意。