一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法.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CN110361972A(43)申请公布日2019.10.22(21)申请号201910608031.8(22)申请日2019.07.08(71)申请人杭州电子科技大学地址310018浙江省杭州市下沙高教园区2号大街申请人浙江邦业科技股份有限公司(72)发明人张日东欧丹林吴胜袁亦斌高福荣(74)专利代理机构浙江千克知识产权代理有限公司33246代理人周希良(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权利要求书2页说明书5页(54)发明名称一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法(57)摘要本发明公开了一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法。本发明首先针对复杂的水泥生料分解炉燃烧过程建立了分解炉炉温控制被控对象的状态空间模型，并定义系统约束输出和被控输出需要满足的实际生产约束条件。然后，针对系统的运行耗损定义过程预测和系统二次型滚动优化性能指标，设计水泥生料燃烧过程的分解炉炉温控制器。最终将本发明设计的控制器应用于水泥生料燃烧的分解炉炉温控制过程进行系统性能优化。本发明可以在不增加系统运行负担的基础上，增强化工过程响应能力，降低运维费用，并对水泥生料燃烧过程起到快速优化分解炉炉温控制的作用。CN110361972ACN110361972A权利要求书1/2页1.一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1、建立过程对象的状态空间模型，具体方法是：1.1.首先采集分解炉炉温控制过程的实时运行数据，建立分解炉炉温控制过程模型，将带干扰过程描述为以下形式：其中，其中x(k+1)是k+1时刻分解炉炉温控制系统状态量，x(k)是k时刻分解炉炉温控制系统状态量，y(k)是k时刻分解炉炉温值，u(k)和u(k-1)分别是k和k-1时刻分解炉通风口开度，v(k)和v(k-1)分别是k和k-1时刻外部干扰，A,B,C,D,E,F是相应维数的系统矩阵，Δ是后向差分算子；1.2根据系统初始测量数据，得到分解炉炉温控制系统的初始状态，定义如下：{[xinitial]}＝{x0}1.3设计分解炉炉温控制系统约束输出和被控输出需要满足的实际生产约束：ymin(k)≤y1(k)≤ymax(k)umin(k)≤u(k)≤umax(k)Δumin(k)≤Δu(k)≤Δumax(k)其中，ymin(k)和ymax(k)分别为k时刻的最小和最大分解炉炉温约束，umin(k)和umax(k)分别为k时刻的最小和最大分解炉通风口开度，Δumin(k)和Δumax(k)分别是k时刻的分解炉通风口开度增量的最小和最大值；1.4根据步骤1.3，变换其约束形式如下：-y(k)+ymin(k)≤0；y(k)-ymax(k)≤0-u(k)+umin(k)≤0；u(k)-umax(k)≤0-Δu(k)+Δumin(k)≤0；Δu(k)-Δumax(k)≤0步骤2、设计分解炉炉温控制系统的优化控制器，具体是：2.1首先，针对系统的运行耗损预测如下：其中，Rs为系统运行耗损预测，L(τ)为系统每时刻运行耗损函数；2.2设定系统的终端惩罚形式：Ps＝Vf(x(M))其中，Vf(x(Td))是终端惩罚，x(Td)是终端时间Td的状态；2.3设置通用的系统二次型滚动优化性能指标Qs，形式如下：2CN110361972A权利要求书2/2页其中，yref(k)是k时刻的分解炉炉温参考输出，yw(k+1|k)是k时刻的对k+1时刻的分解炉炉温预测输出；ΔU(k)是k时刻的分解炉通风口开度增量，其中λu与λy是相应的权矩阵，Td是设定的系统运行时间；2.4采用快速控制方法用于快速求解，形式如下：x(0)＝x0,g(ki)≤0g(ki)+ηi＝ξiui∈[umin,umax]ηi≥0,ξi≥0,i＝0,...,Td-1其中，ηi,ξi为松弛变量，ζ为设定的系数，ζ要足够大，以满足分解炉炉温控制系统的收敛性，且ξi的值是要趋于0；ui为i时刻分解炉通风口开度控制量；umin,umax为分解炉通风口开度控制量的最小值与最大值；x(0)为分解炉炉温控制系统初始状态其值设置为x0，初始状态由传感器实时测量获取，I为适当维度的单位矩阵；2.5在k时刻，通过求解步骤2.4，预测k+1时刻的分解炉炉温控制系统状态；2.6在k+1时刻，通过状态变化的敏感性分析分解炉炉温控制系统；2.7令k＝k+1，返回步骤2.5继续求解下，当分解炉炉温控制系统有新的测量结果，分解炉炉温控制输入项就会在极短时间延迟或没有时间延迟的情况下更新；2.8通过求解步骤2.4的设定公式，得到最优分解炉通风口开度控制量，并计算出系统的最优分解炉通风口开度控制量u*；2.9在下一时刻，重复步骤2.1到2.8