[发明专利]基于约束史密斯广义预测控制的水泥分解炉温度控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及水泥生产过程控制领域，尤其是涉及一种基于约束史密斯 广义预测控制的水泥分解炉温度控制方法。

背景技术

水泥分解炉是新型干法水泥生产过程中的关键设备，承担着生料中绝 大部分碳酸盐的分解任务，有效控制水泥分解炉温度，进而保证合适的生 料分解率，对整条熟料生产线的稳定运行至关重要。

分解炉的结构如图1所示。在分解炉内，煤粉、三次风、预热后的生 料以及回转窑的高温烟气，通过喷腾，实现气料充分混合，完成燃烧、分 解。在这一过程中，风、煤、料三者之间发生了大量的放热和吸热反应， 表现出复杂的非线性动态特性；在工业现场，由于煤粉和生料的流量计量 装置距离分解炉较远，致使分解炉温度的控制具有明显的大滞后特性，实 验表明，过程的滞后时间与时间常数之比大于0.6；另外，由于生料流量和 成分的波动较大，造成分解炉温度受到了较大的扰动影响。因此，水泥分 解炉温度控制具有较为明显的非线性、大滞后及大扰动的特点。

目前，分解炉温度的控制方法主要有两种类型：(1)PID控制；(2)各种 智能控制(如模糊控制、模糊预测控制和神经网络控制等)。研究表明，当 滞后时间与过程的时间常数之比大于0.3时，PID控制就难以获得好的控 制效果。虽然对其改进后能够比普通PID控制效果更好一些，但是并没有 从根本上解决大滞后所带来的不利影响。智能控制方法的通用性较强，它 通过模仿操作员的经验，取得了比PID控制更好的控制效果，但是却难以 有效地反映对象动态特性，而且还具有计算量大、实时性差的缺点。因此， 有必要从水泥分解炉自身特点出发寻找一种新的控制方法，有针对性的解 决水泥分解炉温度控制的实际问题。

发明内容

针对现有技术对水泥分解炉温度控制存在的不足，本发明要解决的技 术问题是提供一种能够克服非线性、大滞后和大扰动的影响，具有前馈补 偿的水泥分解炉温度约束史密斯广义预测控制(Smith Generalized Predictive Control，Smith-GPC)方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明基于约束史密斯广义预测控制的水泥分解炉温度控制方法，其 特征在于包括以下步骤：

变量选取：选取煤粉流量为控制变量，生流流量为前馈变量，分解炉 温度为被控变量；

模型辨识：针对煤粉流量与分解炉温度之间的控制通道和生料流量与 分解炉温度之间的扰动通道，基于最小二乘法和滞后时间估计法相结合的 模型辨识器，利用学习数据得到水泥分解炉控制通道和扰动通道的脉冲传 递函数模型；

优化计算：在当前时刻t，利用过去的输入输出信息和预测的未来输入 信息，通过辨识得到的脉冲传递函数模型，预测未来的输出状态，并设定 输出值的参考轨迹w；将输出预测值与参考轨迹w进行比较，应用二次型 性能指标的控制器进行滚动优化，计算当前时刻的控制增量Δu，然后与原 来的控制动作值相加得到应加于系统的控制动作值u；

约束处理：考虑控制变量u(即喂煤流量)及其变化率的上下限、被控 变量(即分解炉温度)的上下限，组成输入输出约束条件，对控制变量和 被控变量分别进行约束限幅处理；

前馈补偿：基于在先辨识得到的扰动通道模型和控制通道模型，建立 前馈补偿控制器，利用动态补偿原理计算当前时刻t应加于系统的前馈控制 动作值u_d。

所述模型辨识器能够估计系统滞后时间，其形式为：

d^=int(Σi=1Lb^ib^+0.5)]]>