高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103293955A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103293955103293955A(43)申请公布日2013.09.11(21)申请号201310187253.X(22)申请日2013.05.17(71)申请人浙江大学地址310027浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人杨春节滕宇吴平林舒陈毅夫周哲(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人张法高(51)Int.Cl.G05B13/04(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书10页说明书10页附图3页附图3页(54)发明名称高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制的方法(57)摘要本发明公开了一种高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制方法。首先应用子空间辨识分别得到高炉热风炉燃烧期模型与送风期模型，以便有效反映过程状况，然后将燃烧模型与送风模型进行综合，基于混合逻辑动态建模方法建立起混杂系统模型，最后利用针对混杂系统的预测控制实现热风炉的协调优化控制。本发明具有更加贴切地反映热风炉工作周期情况，更加合理地控制热风炉送风质量，适应性强等显著优点，对于保证高炉生产稳定、安全运行，提高高炉冶炼质量，节约煤气资源使用量等方面有良好的效果，有着较高的经济效益和社会效益。CN103293955ACN103295ACN103293955A权利要求书1/1页1.一种高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制的方法，其特征在于，该方法的步骤如下：（1）数据采集及预处理：通过设计实验，对高炉热风炉加入输入信号，采集得到相应的输出信号，对输入输出信号进行预处理，得到预处理之后的数据以用于高炉热风炉系统的辨识；（2）辨识得到高炉热风炉状态空间模型：利用预处理之后的数据，应用子空间辨识的方法分别得到高炉热风炉燃烧期与送风期的状态空间模型；（3）建立高炉热风炉混杂系统模型：将第（2）步中得到的高炉热风炉燃烧期、送风期状态空间模型进行综合，应用混合逻辑动态建模方法，建立起混杂系统模型；（4）高炉热风炉的协调优化控制：根据第（3）步中建立的混杂系统模型，基于模型预测控制方法设计控制器，实现热风炉燃烧期与送风期的协调优化控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的数据采集及预处理中，根据工业现场实际情况，设计实验输入信号，将输入信号加入高炉热风炉系统得到相应的输出信号，将输入输出信号进行归一化，零均值化预处理使得到的数据符合系统辨识的数据要求，然后将预处理后的信号用于高炉热风炉系统辨识。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（3）中所述的混杂系统模型为混合逻辑动态模型，其模型规范形式如下：状态变量：输出变量：输入变量：上述方程与不等式中：x(k+1)代表下一时刻的状态变量；xc,yc,uc代表连续变量，xl,yl,ul代表离散变量；分别是混合逻辑动态模型引入的辅助逻辑变量与辅助连续变量；R代表实数集，{0,1}代表取值为0或1，nc,nl,pc,pl,mc,ml,rc,rl代表变量的维数；A,B1,B2,B3,C,D1,D2,D3,E1,E2,E3,E4,E5代表系数矩阵。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤（4）的控制器在每一时刻，根据系统的当前状态，在线求解一个优化问题，得到一个未来时段的控制序列，并将该序列的第一个控制量作用到系统对象，在下一时刻重复上述过程；控制器进行模型预测控制的要素是：预测模型、滚动优化、反馈校正；对燃烧过程和送风过程分别进行预测控制，并通过先行炉送风阶段的模型预测结果指导后行炉的燃烧控制，达到两个阶段的协调优化控制。2CN103293955A说明书1/10页高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制的方法技术领域[0001]本发明涉及能源与动力工程技术，特别是涉及一种高炉热风炉混杂系统建模与协调优化控制方法。背景技术[0002]钢铁工业是国民经济中最重要的基础产业之一，涉及面广，产业关联度高，消费拉动大，在经济建设、社会发展、国防建设、财政税收以及稳定就业等方面发挥着重要作用。钢铁素来有工业粮食之称，它是自工业革命以来人类使用的主要结构材料，它的发展与人类文明的进步有着密切的关系。因此，钢铁的生产能力和消费水平是衡量一个国家的经济水平和综合国力的重要指标，对可持续发展战略有不可忽视的影响，在国民经济发展中一直占据着非常重要的位置。[0003]高炉炼铁由于其在生产量和价格上的优势，依旧保持着强大的生命力和持续的发展力，在整个钢铁工业中占有不可取代的重要地位。目前全球钢铁行业90%以上的生铁冶炼还是通过这一工艺实现的。[0004]高炉是钢铁工业生产生铁的主要设备，它需要热风炉鼓入热风来燃烧焦炭以把铁矿石还原成铁水。长期理论和实践证明，高风温对高炉生产