[发明专利]一种热风炉空燃比滑模控制方法

说明书

本发明公开了一种热风炉空燃比滑模控制方法，属于自动化控制技术领域。它包括对热风炉控制器的控制参数进行初始化，然后获取热风炉燃烧过程中控制器的控制参数并建立燃烧过程数学模型；之后根据燃烧过程数学模型计算滑模控制率，再利用双目标区域化粒子群算法对控制参数进行优化并计算得到优化后的滑模控制率；而后根据优化后的滑模控制率计算得到空燃比，热风炉控制器根据空燃比对煤气进气量进行控制。针对现有技术中的热风炉存在的大惯性、大滞后和燃烧效率低等问题，本发明提供了一种热风炉空燃比滑模控制方法，可以实时控制煤气进气量，有效缓解了传统控制方法燃烧不充分、风温不足、生产效率低下等问题，具有良好的控制效果。

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，更具体地说，涉及一种热风炉空燃比滑模控制方法。

背景技术

热风炉作为高炉炼铁的一个重要组成部分，其持续不断为生产提供高温热风。据目前国内统计，每提高100℃热风温，可降低焦比15～20kg/t铁，产量提高近3.0％。同时热风加热是高炉炼铁消耗煤气的必要环节，煤气的充分燃烧对于钢铁企业降低能耗具有重大意义。

热风的产生主要来自空气和氧气的燃烧反应，其生产效率取决于炉内空燃比，即两反应物之比。当前为达到节能高效的目的，优化已不仅限于炉体本身，通过参数调节实现节能减排和环境保护也日渐普遍。通过对输入煤气量的寻优控制，能够实现空燃比长期恒定，保证充分高效地燃烧，为高炉炼铁提供温度和氧气，也为企业创造可观的经济效益。

现在的热风炉燃烧技术主要包括计算输入输出热值或流量以及神经网络学习模型，第一种方法硬件要求高，对于热值仪、流量计等设备精密度要求较高，后者出现已久但仍处于研究阶段，实验效果不佳。目前国内许多炼铁企业高炉设备尚未更新，技术落后，仍然采用人工控制调节的方法进行工业生产，其精度不能得到保证，且需要大量人力物力来维护高炉的运营，人员资历经验不同，具有很大的局限性。

针对热风炉空燃比的寻优问题，现有技术也提出了一些解决方案，例如发明创造名称为：一种高炉热风炉空燃比自寻优方法，申请号为201610589863.6，该方案公开了一种高炉热风炉空燃比自寻优方法，该方法运用多个模块实现对空燃比的寻优，主要通过单炉空燃比趋势自寻优和协调优化模块控制参数实现自寻优，该方法可以再不对高炉热风炉进行设备改造情况下以较低成本实现空燃比自寻优，提高燃烧效率，但其调节方式单一，可能难以达到最优控制效果。此外，还有发明创造名称为：一种热风炉空燃比控制方法，申请号为200910104217.0，该方案公开了一种热风炉空燃比控制方法，该方法运用计算机对调节程序三选一，根据其PID内部设定值对煤气和空气进行调节，其操作简单，使得劳动强度明显下降，但控制过程中煤气存在波动，可能对调节产生较大影响。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的热风炉存在的大惯性、大滞后和燃烧效率低等问题，本发明提供了一种热风炉空燃比滑模控制方法，可以实时控制煤气进气量，有效缓解了传统控制方法燃烧不充分、风温不足、生产效率低下等问题，具有良好的控制效果。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种热风炉空燃比滑模控制方法，其特征在于，包括：对热风炉控制器的控制参数进行初始化；然后取热风炉燃烧过程中控制器的控制参数并建立燃烧过程数学模型；之后根据燃烧过程数学模型计算滑模控制率，再利用双目标区域化粒子群算法对控制参数进行优化并计算得到优化后的滑模控制率；而后根据优化后的滑模控制率计算得到空燃比，热风炉控制器根据空燃比对煤气进气量进行控制。

作为本发明进一步地改进，建立燃烧过程数学模型的具体过程为：先根据控制参数计算得到传递函数，再根据传递函数获取状态空间表达式。

作为本发明进一步地改进，根据以下公式计算传递函数：