最省燃料控制系统最短时间问题

在最优控制中，一个最常遇到的问题是设计一个系统，使该系统能在最短时间内从某初始状态过渡到最终状态。例如反导弹系统的轨道转移。最短时间问题可表示为极小值问题。

最省燃料控制系统最小能量问题

如果一个物理系统的能量有限，例如通信卫星上的太阳能电池等，为了使系统在有限的能源条件下保证正常工作，就需要对能量的消耗进行控制，并且设计满足条件的控制系统。

最省燃料控制系统线性调节器问题

给定一个线性系统，设计目标保持平衡状态，而且系统能从任何初始状态恢复到平衡状态。

最省燃料控制系统最优参数问题

设计一个控制系统，使系统的控制参数最优 。2100433B

最省燃料控制系统是最优控制理论的一种，例如航天器携带的燃料有限，希望航天器在状态转移时所消耗的燃料尽可能的少，此时需要设计满足该条件的相应控制系统，这是最省燃料控制系统的应用背景。

最优控制理论是研究在给定约束条件下使控制系统的性能指标达到最优的理论，它是现代控制理论的一个重要分支。20世纪50年代末，在航天航空技术和现代工业生产自动化的推动下，最优控制理论开始形成和发展。随着电子计算机技术的发展和最优控制算法的不断完善，使得最优控制问题的解决变成了现实。最优控制理论所研究的问题可以概述为：在系统的状态方程和约束条件确定的情况下，从一类容许控制中找出一个能使系统由给定的初始状态转移到终端状态，并且使性能指标为最优的控制律(或控制方案)。苏联数学家庞特里亚金1956年提出的极大值原理和美国数学家贝尔曼1957年创立的动态规划，为最优控制提供了理论基础。1959年美籍匈牙利数学家卡尔曼提出著名的卡尔曼滤波理论解决了随机最优控制问题，1960年他又提出和解决了线性系统具有二次型性能指标的最优控制问题。研究最优控制问题的方法主要有极大值原理和动态规划 。

燃料调节装置燃料控制系统的任务

通过控制进入锅炉的燃料量(如:油、煤等)维持过热器出口汽压,以保证在不同负荷下锅炉的安全运行,汽压变化时表示锅炉的蒸汽产量和负荷的耗汽量不适应,这时必须相应地改变燃料的供应量,以改变锅炉的产汽量,维持燃烧过程的能量平衡。

燃料调节装置燃料量控制系统的燃料信号

控制系统与燃烧过程是可以相互独立运行的，对于燃烧过程而言，可以迅速有效地改变进入炉膛的燃料量，以适应负荷的变化，这对于维持主汽压力的稳定是有利的。但对于燃料量的测量上是一个特殊的问题，要准确测量进入炉膛的瞬时煤粉量尚有难度。在系统设计时采用的方法是两种间接法：最常见的是采用给粉机转速信号代替给粉量的方法，因为在正常(理想)情况下,给粉机的出力与转速成正比。给粉机转速容易测量、反应速度快，因此，采用给粉机转速信号代表给粉量是中储式热风送粉锅炉燃料控制系统常用方法之一。另外一种是以热量信号代表燃料量信号的燃料控制系统，热量信号是由蒸汽流量信号和汽包压力的微分信号组成,在蓄热系统准确求出后，它能较准确代表进入锅炉的燃料量，并能克服给粉机转速信号代表给粉量的一些缺点。

最常用的传感器为安装在排气流中测定氧浓度的氧传感器。它包括一个镀有铂的二氧化锆（ZrO2）元件或二氧化钛（TiO2）元件。在足够高的温度下，这种电化学元件根据排气氧含量而产生大约1V的电压。这一电压被传给信号处理器，该处理器再将校正信号传给喷油嘴和化油器，或将检测到的电压信号与要求的参考值进行比较和调整燃料控制，或使燃料控制在富燃料极限和贫燃料极限之间迅速摆动，将空-燃比保持在最佳范围内。由于传感器不能在低温下作业，所以起动时要求开式回路，直到传感器温度达到大约350℃为止。除了排气氧传感器之外，可用来帮助控制排放的传感器还有发动机曲轴部位传感器、空气温度传感器、节流阈部位传感器和冷却水传感器。这些装置通过电子控制处理的信息。精确调整发动机的燃料消耗、空气流量、废气再循环和点火时间等变量。燃料反馈控制系统对三元催化剂的正确使用极为重要。2100433B

发电用燃料大致可以分为三类，即固体燃料、液体燃料和气体燃料。火力发电厂的蒸汽锅炉一般采用固体燃料，只在锅炉起动点火或低负荷时为了维持稳定燃烧才燃用极少量的液体燃料。缺煤、缺水地区，个别有条件的地方，或需采用内燃机等发电时，则亦有燃用液体或气体燃料的 。

发电用燃料固体燃料

固体燃料主要是煤炭。煤炭根据炭化程度的不同，大致可以分为无烟煤、烟煤、褐煤和油页岩等几种。当前发电燃用最多的是烟煤。固体燃料中，除含有水分(W)和灰分(A)等不可燃物质外，主要是由碳(C)、氢(H)、氧(O)、氮(N)、硫(S)构成的燃质，其中碳、氢和挥发性硫是可燃成分。对于煤来说，含有挥发分(V)，也是一个重要特性。

煤炭中的水分分为二种，经30~35℃干燥而发散的称之为表面水分，经100℃以上干燥而蒸发的称之为固有水分。在与空气隔离的情况下采用高温加热后，其中水分和挥发分析出，残留下来的是固定炭素和灰分。固定炭素、挥发分以及灰分的比率是衡量煤炭品质的主要指标。含灰多，含挥发分和固定炭素少，每单位重量的发热量比较低的称为劣质煤。

灰分中主要是二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铝(Al₂O₃)、三氧化二铁(Fe₂O₃)以及生石灰(CaO)等。随着这些成分的含量不同，灰熔点将发生变化。低灰熔点的煤在燃烧时往往导致炉内结渣，受热面粘污，甚至影响锅炉出力。 发电用煤的灰熔点一般在1100～1500℃之间。

硫分在燃烧时将生成亚硫酸(SO₂)，与烟气中的水分结合可以生成硫酸，是造成锅炉受热面腐蚀的主要原因 。

发电用燃料液体燃料

液体燃料主要为地下取出来的石油，或称原油。原油经过加热精炼加工后，分馏成为汽油、煤油、柴油，最后在300℃以上分馏出以重碳氢化合物为主要成分的黑褐色重油， 重油的发热量高达10000kcal/kg,含灰量极少，是很好的燃料油。

重油与煤炭相比，同样发热量的重油容积仅为煤炭的一半，它具有可以利用油泵和油管输送，勿需排灰处理，贮藏设备和燃烧装置都比较简单以及燃烧效率高、对负荷适应性较强等优点。但是，由于含硫量较大，有大气污染和低温腐蚀等问题。 特别是在重油中即使有极微量的钒时，由于高温燃烧生成五氧化二钒(V₂O₅)，与锅炉的过热器或再热器的高温（约600℃以上）金属表面接触后，将引起所谓“高温腐蚀”。此外，重油还易于着火爆炸，输送和贮藏时要特别注意安全 。

发电用燃料气体燃料

气体燃料有高炉煤气、焦炉煤气和天然气三种。发电用的气体燃料主要是天然气。

天然气是一种天然产出的可燃性气体，主要成分是碳氢化合物，大致又可以分为天然煤气、油田煤气、煤田煤气和水溶性煤气四种。后三种煤气都是伴生性质，是油田或煤田地带的背斜构造所形成的构造性煤气。

天然煤气几乎能以理论空气量达到完全燃烧。由于含灰极少，排烟清洁。 气态形式的燃烧便于控制，可以尽快地调节燃烧温度，且点火和灭火过程均比较简单。同时，发热量高，热量的利用系数亦比其它形式的燃料高，燃烧时可以获得极大的锅炉效率。

气体燃料的贮藏一般比较困难，又受地理条件的限制，燃料价格往往比其它形式的贵。 同时有在装卸、使用和运输过程中由于泄漏而引起爆炸等缺点 。