發(fā)布時間：2017-04-11 13:19

  本文關(guān)鍵詞：焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測控制方法及應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：焦炭是冶金工業(yè)煉鐵的主要原料,在煉焦生產(chǎn)過程中會伴隨產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品荒煤氣。通過集氣過程有效回收利用荒煤氣,不僅節(jié)約能源,而且降低環(huán)境污染,是鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。焦?fàn)t集氣管壓力是煉焦生產(chǎn)中的重要參數(shù),它的穩(wěn)定與否直接影響著焦炭和煤氣質(zhì)量、設(shè)備壽命以及生產(chǎn)環(huán)境�，F(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前很多焦化廠集氣管壓力的控制效果并不理想,跑煙冒火現(xiàn)象嚴(yán)重,是焦化行業(yè)公認(rèn)的控制難題。因此,研究焦?fàn)t集氣過程的控制對鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。由于連通作用,焦?fàn)t集氣管壓力與主管吸力之間存在著耦合影響。另外,集氣管壓力還受到間歇性裝煤脈沖強(qiáng)干擾的影響。但是目前焦化生產(chǎn)現(xiàn)場大多仍采用傳統(tǒng)的單獨(dú)調(diào)節(jié)策略,單集氣管壓力和主管吸力的控制分別獨(dú)立進(jìn)行,很難達(dá)到理想的控制效果。本文針對集氣管壓力控制問題,在不改變現(xiàn)有工藝的情況下,提出一種焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測控制策略,并且開發(fā)了專用的可組態(tài)軟件產(chǎn)品,在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果,為有效解決焦?fàn)t集氣管壓力的控制問題提供了一種新的途徑。本文主要研究內(nèi)容如下：針對集氣過程的多變量、閉環(huán)連續(xù)運(yùn)行以及裝煤擾動等問題,提出了一種焦?fàn)t集氣系統(tǒng)閉環(huán)子空間辨識策略。首先,針對多變量系統(tǒng)變量、噪聲間具有相關(guān)性時,子空間辨識不具有一致性估計(jì)的問題,在閉環(huán)子空問辨識方法PARSIM-E的基礎(chǔ)上,提出了結(jié)合PLS的閉環(huán)子空間矩陣預(yù)估方程求解方法；其次,針對PARSIM-E方法在求解狀態(tài)空間模型時計(jì)算復(fù)雜的問題,結(jié)合開環(huán)子空間辨識方法N4SID,提出了一種快速求解狀態(tài)空間模型的閉環(huán)子空間辨識方法；最后,通過系統(tǒng)分析,采用一定寬度的脈沖信號模擬裝煤擾動信號,并且對焦?fàn)t集氣過程數(shù)據(jù)利用閉環(huán)子空間辨識策略進(jìn)行辨識與壓力輸出預(yù)測。在考慮集氣管壓力系統(tǒng)的可測擾動輸入以及工藝指標(biāo)軟約束的前提下,設(shè)計(jì)了集氣管壓力子空間預(yù)測控制及穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法。首先,在直接結(jié)構(gòu)子空間預(yù)測控制方法的基礎(chǔ)上,針對集氣系統(tǒng)中的可測擾動和約束問題,設(shè)計(jì)了包含前饋?zhàn)饔玫募瘹夤軌毫υ隽渴阶涌臻g預(yù)測控制方法；其次,針對多焦?fàn)t集氣管壓力預(yù)測控制在線優(yōu)化求解時的時效性問題,引入拉蓋爾函數(shù)實(shí)現(xiàn)集氣管壓力預(yù)測控制輸入信號軌跡參數(shù)化,從而降低優(yōu)化問題求解的復(fù)雜程度,節(jié)約在線運(yùn)算時間；最后,為了在焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)輸入輸出的最優(yōu)工藝區(qū)域中找到最佳的輸入輸出目標(biāo)值,設(shè)計(jì)了基于子空間矩陣預(yù)估模型的集氣管壓力穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法。當(dāng)系統(tǒng)受到擾動時,通過調(diào)整預(yù)測控制中的控制目標(biāo)值,使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸入、輸出滿足軟約束條件。針對焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)的復(fù)雜性以及單一控制方法難以取得理想控制效果的問題,結(jié)合鼓冷車間的主管吸力優(yōu)化,提出了一種焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測控制算法。首先,針對實(shí)際被控對象中的未建模動態(tài)、參數(shù)時變、有界干擾等導(dǎo)致的模型失配問題,引入模糊預(yù)測控制方法,使用模糊控制方法對子空間預(yù)測控制的輸出進(jìn)行校正。其次,針對目前主管吸力在鼓冷車間單獨(dú)調(diào)節(jié),沒有考慮其對集氣管壓力控制影響的問題,提出了一種多集氣管綜合吸力狀態(tài)多級模糊評判和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)專家控制方法。最后,利用ABC-BP算法對鼓冷吸力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識,建立了焦?fàn)t集氣過程混合模型,通過混合模型驗(yàn)證了本文方法的有效性。針對目前集氣管壓力控制算法嵌入在不同控制平臺上造成可移植性差、開發(fā)周期長和難以推廣等問題。設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測控制軟件產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了集氣管壓力智能預(yù)測控制策略在焦化生產(chǎn)中的應(yīng)用。該軟件提供通用的OPC通信接口,并且以焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)專用可組態(tài)軟件的形式為不同的爐型提供靈活的組態(tài)功能,保證了軟件的適用性。目前該軟件已經(jīng)先后在兩個企業(yè)的不同型號焦?fàn)t上長時間正常運(yùn)行,并且達(dá)到了現(xiàn)場的工藝要求。
【關(guān)鍵詞】：焦?fàn)t 集氣管壓力 主管吸力 智能預(yù)測控制 子空間辨識 PARSIM-E 子空間預(yù)測控制 穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算 模糊控制 多級模糊評判 控制軟件
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TF325
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.1 國內(nèi)外焦?fàn)t集氣管壓力建模研究15-16
• 1.2.2 國內(nèi)外焦?fàn)t集氣管壓力控制研究16-17
• 1.3 焦?fàn)t集氣管壓力控制存在的主要問題17-18
• 1.4 本文的主要工作和內(nèi)容安排18-21
• 第二章 焦?fàn)t集氣系統(tǒng)介紹21-27
• 2.1 焦?fàn)t集氣過程工藝21-23
• 2.2 集氣管壓力控制23-26
• 2.2.1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)23-24
• 2.2.2. 集氣管壓力的測量與設(shè)定24-25
• 2.2.3 集氣管壓力系統(tǒng)分析25-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 子空間辨識以及焦?fàn)t集氣管壓力預(yù)測27-53
• 3.1 引言27-28
• 3.2 開環(huán)子空間辨識方法28-37
• 3.2.1 預(yù)備知識29-30
• 3.2.2 子空間矩陣描述30-34
• 3.2.3 子空間矩陣的開環(huán)辨識方法34-35
• 3.2.4 子空間狀態(tài)空間模型辨識35-37
• 3.3 結(jié)合PLS的閉環(huán)子空間矩陣辨識37-44
• 3.3.1 閉環(huán)子空間矩陣辨識方法37-40
• 3.3.2 PLS方法求解子空間矩陣40-41
• 3.3.3 仿真研究41-44
• 3.4 改進(jìn)的閉環(huán)子空間狀態(tài)模型辨識方法44-47
• 3.4.1 問題分析45-46
• 3.4.2 改進(jìn)的閉環(huán)子空間狀態(tài)模型辨識步驟46-47
• 3.5 基于改進(jìn)閉環(huán)子空間辨識方法的集氣管壓力預(yù)測47-52
• 3.5.1 焦?fàn)t集氣系統(tǒng)裝煤信號分析47-49
• 3.5.2 焦?fàn)t集氣系統(tǒng)子空間辨識與預(yù)測49-52
• 3.6 本章小結(jié)52-53
• 第四章 集氣管壓力子空間預(yù)測控制及穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算53-79
• 4.1 引言53-54
• 4.2 子空間預(yù)測控制基本方法54-62
• 4.2.1 直接子空間預(yù)測控制方法54-57
• 4.2.2 間接子空間預(yù)測控制方法57-59
• 4.2.3 仿真研究59-62
• 4.3 集氣管壓力直接子空間預(yù)測控制62-66
• 4.4 基于拉蓋爾函數(shù)的動態(tài)優(yōu)化問題快速求解66-69
• 4.4.1 拉蓋爾函數(shù)66-67
• 4.4.2 控制輸入軌跡的拉蓋爾函數(shù)參數(shù)化67-68
• 4.4.3 輸入信號參數(shù)化后的集氣管壓力動態(tài)優(yōu)化控制68-69
• 4.5 基于子空間矩陣的集氣管壓力穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算69-72
• 4.6 仿真研究72-77
• 4.7 本章小結(jié)77-79
• 第五章 集氣管壓力智能預(yù)測控制方法研究79-105
• 5.1 引言79-80
• 5.2 焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)智能預(yù)測控制框架設(shè)計(jì)80-82
• 5.2.1 煉焦車間集氣管壓力控制模塊81-82
• 5.2.2 鼓冷車間吸力優(yōu)化模塊82
• 5.3 集氣管壓力控制的模糊反饋校正82-87
• 5.3.1 模糊預(yù)測控制方法概述82-84
• 5.3.2 集氣管壓力模糊反饋校正設(shè)計(jì)84-87
• 5.4 焦?fàn)t集氣系統(tǒng)吸力智能優(yōu)化方法87-97
• 5.4.1 吸力對集氣管壓力的影響87-89
• 5.4.2 基于模糊推理的焦?fàn)t集氣過程吸力狀態(tài)判斷89-90
• 5.4.3 正常工況下單集氣管吸力狀態(tài)判斷90-92
• 5.4.4 裝煤工況下集氣管吸力狀態(tài)判斷92-94
• 5.4.5 多集氣管吸力狀態(tài)的多級模糊評判94-95
• 5.4.6 引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的專家調(diào)整95-97
• 5.5 仿真研究97-104
• 5.5.1 焦?fàn)t集氣管壓力系統(tǒng)仿真模型97-99
• 5.5.2 仿真結(jié)果99-104
• 5.6 本章小結(jié)104-105
• 第六章 控制軟件研發(fā)與工業(yè)應(yīng)用105-125
• 6.1 引言105
• 6.2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)105-106
• 6.3 控制軟件開發(fā)與實(shí)現(xiàn)106-117
• 6.3.1 軟件結(jié)構(gòu)106-107
• 6.3.2 用戶組態(tài)模塊107-110
• 6.3.3 OPC變量通信模塊110-113
• 6.3.4 智能預(yù)測控制算法模塊113-117
• 6.4 實(shí)際應(yīng)用情況與控制效果117-124
• 6.4.1 應(yīng)用實(shí)例一117-119
• 6.4.2 應(yīng)用實(shí)例二119-124
• 6.5 本章小結(jié)124-125
• 第七章 結(jié)論與展望125-127
• 參考文獻(xiàn)127-135
• 致謝135-137
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文137-139
• 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研項(xiàng)目139

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：299202