焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測(cè)控制方法及應(yīng)用研究.pdf

1、焦炭是冶金工業(yè)煉鐵的主要原料，在煉焦生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品荒煤氣。通過(guò)集氣過(guò)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(chǎng)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(guò)程的控制對(duì)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。
　　由于連通

2、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(chǎng)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(duì)集氣管壓力控制問(wèn)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(cè)控制策略，并且開(kāi)發(fā)了專(zhuān)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(wèn)題提供了一種新的途徑。本文主要研究?jī)?nèi)

3、容如下:
　　針對(duì)集氣過(guò)程的多變量、閉環(huán)連續(xù)運(yùn)行以及裝煤擾動(dòng)等問(wèn)題，提出了一種焦?fàn)t集氣系統(tǒng)閉環(huán)子空間辨識(shí)策略。首先，針對(duì)多變量系統(tǒng)變量、噪聲間具有相關(guān)性時(shí)，子空間辨識(shí)不具有一致性估計(jì)的問(wèn)題，在閉環(huán)子空間辨識(shí)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(duì)PARSIM-E方法在求解狀態(tài)空間模型時(shí)計(jì)算復(fù)雜的問(wèn)題，結(jié)合開(kāi)環(huán)子空間辨識(shí)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(shí)方

4、法;最后，通過(guò)系統(tǒng)分析，采用一定寬度的脈沖信號(hào)模擬裝煤擾動(dòng)信號(hào)，并且對(duì)焦?fàn)t集氣過(guò)程數(shù)據(jù)利用閉環(huán)子空間辨識(shí)策略進(jìn)行辨識(shí)與壓力輸出預(yù)測(cè)。
　　在考慮集氣管壓力系統(tǒng)的可測(cè)擾動(dòng)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(cè)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(cè)控制方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)集氣系統(tǒng)中的可測(cè)擾動(dòng)和約束問(wèn)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(cè)控制方法;其次，針對(duì)多焦?fàn)t集氣管壓力預(yù)測(cè)控制在線優(yōu)化求解時(shí)

5、的時(shí)效性問(wèn)題，引入拉蓋爾函數(shù)實(shí)現(xiàn)集氣管壓力預(yù)測(cè)控制輸入信號(hào)軌跡參數(shù)化，從而降低優(yōu)化問(wèn)題求解的復(fù)雜程度，節(jié)約在線運(yùn)算時(shí)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(dòng)時(shí)，通過(guò)調(diào)整預(yù)測(cè)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(duì)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(wèn)題，結(jié)合鼓冷

6、車(chē)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(cè)控制算法。首先，針對(duì)實(shí)際被控對(duì)象中的未建模動(dòng)態(tài)、參數(shù)時(shí)變、有界干擾等導(dǎo)致的模型失配問(wèn)題，引入模糊預(yù)測(cè)控制方法，使用模糊控制方法對(duì)子空間預(yù)測(cè)控制的輸出進(jìn)行校正。其次，針對(duì)目前主管吸力在鼓冷車(chē)間單獨(dú)調(diào)節(jié)，沒(méi)有考慮其對(duì)集氣管壓力控制影響的問(wèn)題，提出了一種多集氣管綜合吸力狀態(tài)多級(jí)模糊評(píng)判和引風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)專(zhuān)家控制方法。最后，利用ABC-BP算法對(duì)鼓冷吸力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識(shí)，建立了焦?fàn)t集氣過(guò)程混合模

7、型，通過(guò)混合模型驗(yàn)證了本文方法的有效性。
　　針對(duì)目前集氣管壓力控制算法嵌入在不同控制平臺(tái)上造成可移植性差、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)和難以推廣等問(wèn)題。設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了一套焦?fàn)t集氣管壓力智能預(yù)測(cè)控制軟件產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了集氣管壓力智能預(yù)測(cè)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(zhuān)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(gè)企業(yè)的不同型號(hào)焦?fàn)t上長(zhǎng)時(shí)間正常運(yùn)行，并且達(dá)