“双碳”背景下,低品质余热回收利用技术的研究方兴未艾。课题组设计了基于罗茨动力机的低品质余热回收利用系统,而低品质余热存在气源波动性大,频率变化随机性强等特点,是造成余热回收系统中不同参数之间相互影响,耦合程度大的主要因素,从而影响装置运行时的稳定性。因此,研究余热回收系统的控制方法,提升装置的稳定性具有重要意义。本论文旨在研究适用于余热回收系统稳定性控制的方法,主要研究工作和创新如下:1.研究了系统参数耦合机理并构建了系统控制模型。余热回收系统的控制过程依赖输入输出参数之间的关系。余热回收系统中存在温度、压力、转速等参数,每个参数的变化都会对其他参数产生影响,从而对控制系统的稳定性产生较大的影响。因此,该系统是一个多参数耦合系统,而且各个变量之间具有强耦合性。本文通过控制变量的方法对该系统进行分析和建模,初步构建了不同情况下的参数耦合关系模型。而后根据模型关系对参数进行进一步解耦并对系统整体的耦合性进行分析,构建了系统整体控制模型,为后续控制方法设计提供了基础。2.优化了非线性多变量多模型自适应解耦控制策略。针对罗茨式余热回收系统具有非线性、多变量强耦合的特点,对非线性多变量多模型自适应解耦控制策略进行了优化。首先根据系统分解出的模型设计控制器,然后进行参数稳定性计算得到最终的自适应解耦控制器。再将该控制器应用于余热利用系统中,并进行仿真分析,仿真数据证明该控制器具有更强的抗干扰能力和跟踪性能。3.搭建了实验平台并设计了人机交互系统。为了验证研究成果,课题组利用罗茨动力机、电动调节阀、触摸屏以及传感器等设备搭建了实验平台。控制器所需要的温度、压力、转速等数据通过相关的传感器进行采集,并采用标准模拟量信号和RS485总线传输。人机交互系统主要通过触摸屏实现,通过人机交互系统界面可以看到传感器采集到的信息,也可以对转速进行设定。通过上述的分析和论证,课题组进行了实验测试。实验过程包括波动测试和设定值变化测试。在扰动工况下,系统波动率稳定在7%之内;在设定值发生变动时,调节时间在7 s内,且超调量较小,速度远快于PID控制器。实验结果证明了本论文所研究的非线性多变量多模型自适应解耦控制器既有效提升了余热回收系统的抗干扰能力,又能在设定值发生变化时快速响应,大大提高了设备运行的稳定性。