[发明专利]一种水泥回转窑烧成过程二维容错LQG控制方法

说明书

本发明公开了一种水泥回转窑烧成过程二维容错LQG控制方法。本发明首先通过采集输入输出数据建立过程模型，然后将过程状态变化和输出追踪误差组合为新的过程状态量，进一步以此建立新的过程模型，最后以二次目标函数来设计控制器，设计出最优更新律。不同于传统的控制方法，通过在过程间引入状态变化和输出追踪误差，控制器的调节更为灵活，使得系统容错能力提升，部分执行器故障的影响得以改善。

技术领域

本发明属于自动化工业过程控制领域，涉及一种水泥回转窑烧成过程二维容错LQG控制方法。

背景技术

在实际的工业生产中，工业生产过程建模和控制策略正变得越来越重要，同时由于对产品质量和操作安全性的高要求使得工业生产过程生产的运行规范越发严格，进而导致控制系统故障的概率增大。例如，在实际的水泥回转窑烧成过程中，水泥回转窑的窑头喷煤执行器出现故障尤为常见，主要体现为窑头喷煤阀门故障，这将使得最终的水泥熟料的质量下降，同时考虑到执行器断电、卡住的情况下，水泥回转窑烧成过程将不再可控，依此设计控制器将无意义。因此，有必要提出一种控制方法来处理部分执行器故障的情况，以保障水泥回转窑烧成过程的稳定性，保障最终水泥熟料的高标准、高质量的稳定生产。

发明内容

本发明目的是为改善水泥回转窑烧成过程控制系统部分执行器故障的影响，提出了一种水泥回转窑烧成过程二维容错LQG控制方法。

本发明首先通过采集输入输出数据建立过程模型，然后将过程状态变化和输出追踪误差组合为新的过程状态量，进一步以此建立新的过程模型，最后以二次目标函数来设计控制器，设计出最优更新律。不同于传统的控制方法，通过在过程间引入状态变化和输出追踪误差，控制器的调节更为灵活，使得系统容错能力提升，部分执行器故障的影响得以改善。

本发明的技术方案是通过数据采集、模型建立、控制器设计等手段，确立了一种水泥回转窑烧成过程二维容错LQG控制方法，利用该方法可有效保证水泥回转窑烧成过程的稳定和优化控制性能及实现系统的容错控制。

本发明方法的步骤包括：

步骤1、求解水泥回转窑烧成过程中被控对象的拓展状态空间模型，具体步骤是：

1-1.采集水泥回转窑烧成过程的实时运行数据，建立在不定干扰下的水泥回转窑烧成过程系统模型：

x(t+1,k)＝Ax(t,k)+Bu(t,k)+w(t,k)

y(t,k)＝Cx(t,k)+v(t,k)

其中k和t分别表示批次和批次运行时刻，x(t+1,k)、x(t,k)分别是t+1、t时刻k批次的过程状态，y(t,k)是t时刻k批次的系统输出，u(t,k)是t时刻k批次的系统输入，w(t,k)是t时刻k批次的过程噪音，v(t,k)是t时刻k批次的过程测量噪音。A，B，C分别是适当维度的系统矩阵。

1-2.窑头喷煤输入阀门的开度部分故障模型描述如下：

u^F(t,k)＝αu(t,k)

其中u^F(t,k)是t时刻k批次的执行器的实际控制动作，α表示执行器故障的影响程度。和α(α<1)是可靠性的上下界限值，为已知值。

1-3.基于步骤1-2的窑头喷煤输入阀门的开度部分故障模型，得到变换后的系统模型描述如下：

1-4.定义批次维差分算子：

Δ_ku^F(t,k)＝u^F(t,k)-u^F(t,k-1)