一种用于青瓷素烧炉窑温度监测的可靠估计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113110049A(43)申请公布日2021.07.13(21)申请号202110396018.8(22)申请日2021.04.13(71)申请人苏伟地址323700浙江省丽水市龙泉市城东四路241号(72)发明人苏伟(74)专利代理机构杭州君度专利代理事务所(特殊普通合伙)33240代理人杨舟涛(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书4页说明书9页(54)发明名称一种用于青瓷素烧炉窑温度监测的可靠估计方法(57)摘要本发明公开了一种用于青瓷素烧炉窑温度监测的可靠估计方法。青瓷素烧炉窑温度变化和测量存在明显的时滞，且炉窑温度受燃气、空气和青瓷胚体材料这些随机和确定性扰动的影响，无法对炉窑温度进行实时和准确地监测，青瓷素烧的质量难以保证。本发明设计了青瓷素烧炉窑温度监测的可靠估计器，考虑了外界环境变化和估计器元件老化造成的估计器参数的不确定变化。通过对炉窑温度监测的估计误差增广系统的鲁棒渐近均方稳定性分析和干扰抑制性能分析，建立了估计器增益的有效求解方法。本发明提出的方法可以实现青瓷素烧过程炉窑温度的实时、准确和可靠估计，精准掌握炉窑温度状态，为提高素烧质量提供保证。CN113110049ACN113110049A权利要求书1/4页1.一种用于青瓷素烧炉窑温度监测的可靠估计方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：步骤一、建立青瓷素烧炉窑温度监测系统的状态空间模型；首先，根据液化气的燃烧学原理、流体力学原理和实验所测数据，结合青瓷素烧炉窑结构，利用混合随机建模方法和状态空间表示方法，建立下述随机时滞微分方程：T式中x(t)＝[x1(t)x2(t)x3(t)x4(t)x5(t)]表示在t时刻青瓷素烧炉窑的状态向量，其中上标T表示矩阵的转置，x1(t)为炉窑内温度，即为需要获得的监测量，x2(t)为炉窑内压强，x3(t)为炉窑内氧气浓度，x4(t)为炉窑内气体流速，x5(t)为燃气热值；y(t)＝[y1T(t)y2(t)]为t时刻青瓷素烧炉窑监测系统的输出测量值，其中y1(t)为由热电偶测得的素烧炉窑内温度测量值，y2(t)为素烧炉出口处的烟气热值，表示液化石油气在素烧过程中燃烧的充分程度，由安装在素烧炉出口处的烟气分析仪测得；v(t)为t时刻能量有界的1维扰动输入，其为在素烧过程中青瓷胚体干燥过程排出的水分和有机物分解、炉窑内气体流场分布对素烧过程产生的扰动；ω(t)为t时刻零均值的1维布朗运动，表示青瓷素烧检测中的随机影响因素，包括燃气热值、空气含氧量、空气水分和燃气水分和空气温度的随机波动；z(t)为t时刻1维的被调节输出向量；d为微分符号；正标量τ为时间延迟，表示炉窑温度变化的滞后和对初始状态的依赖；炉窑温度监测系统的初始条件由x(μ)＝x0,‑τ≤μ≤0给定，其5×55×55×15×55×52×5中x0为t＝0时刻测定的系统初值；A∈R,M∈R,B∈R,A1∈R,M1∈R,C∈R，D∈5×11×5R,N∈R,均为通过系统建模获得的已知实矩阵，其中表示n1×n2维实矩阵；步骤二、设计青瓷素烧炉窑温度监测系统的可靠估计器；设计下述类型的可靠估计器5×55×2式中，为t时刻估计器的状态变量，表示n3维实向量；Af∈R,Bf∈R,Nf1×55×51×5∈R为需要设计的可靠估计器的增益矩阵；ΔAf∈R,ΔNf∈R为估计器的增益不确定性，表示由于环境变化和估计器老化造成的估计器增益值的不确定性变化，满足下述关系5×21×22×52×2其中，HA∈R,HN∈R,G∈R为适当维数的常数矩阵，F(t)∈R为t时刻的时变扰动矩阵，I表示具有合适维数的单位矩阵，上述式(3)中的I为2×2维单位矩阵；其中矩阵HA,HN,G,F(t)的具体形式和参数值可通过不确定性分析和建模方法获得；步骤三、建立温度监测系统可靠估计的误差模型；选取增广状态变量和误差向量则可得下述估计误2CN113110049A权利要求书2/4页差增广系统方程式中，其中0表示维数适当的0矩阵；设计可靠估计器的增益矩阵Af,Bf,Nf，使得在青瓷素烧过程中炉窑温度监测对应的估计误差增广系统(4)在v(t)＝0时是鲁棒均方渐近稳定的，且在零初始条件时性能指标J＜0，其中则(2)就是系统(1)的一个可靠估计器，正标量γ表示给定的扰动抑制度，γ＞0，E{·}表示求数学期望运算；步骤四、用于青瓷素烧炉窑温度监测的可靠估计器求解；第1步：估计误差增广系统的随机稳定性分析；选取李雅普诺夫泛函式中，P＞0,Q＞0为10×10维的待求解正定对称矩阵；当扰动v(t)＝0时，利用随机分析中的伊藤引理得式中，且符号LV(ξ(t))表示V(ξ(t))的无穷小算子，星号*表示对称矩阵中的对称项，即上式中