[发明专利]一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法

摘要

本发明公开了一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法。本发明首先针对复杂的水泥生料分解炉燃烧过程建立了分解炉炉温控制被控对象的状态空间模型，并定义系统约束输出和被控输出需要满足的实际生产约束条件。然后，针对系统的运行耗损定义过程预测和系统二次型滚动优化性能指标，设计水泥生料燃烧过程的分解炉炉温控制器。最终将本发明设计的控制器应用于水泥生料燃烧的分解炉炉温控制过程进行系统性能优化。本发明可以在不增加系统运行负担的基础上，增强化工过程响应能力，降低运维费用，并对水泥生料燃烧过程起到快速优化分解炉炉温控制的作用。

主权项

1.一种基于水泥生料燃烧的分解炉炉温快速优化控制方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤1、建立过程对象的状态空间模型，具体方法是：1.1.首先采集分解炉炉温控制过程的实时运行数据，建立分解炉炉温控制过程模型，将带干扰过程描述为以下形式：其中，其中x(k+1)是k+1时刻分解炉炉温控制系统状态量，x(k)是k时刻分解炉炉温控制系统状态量，y(k)是k时刻分解炉炉温值，u(k)和u(k‑1)分别是k和k‑1时刻分解炉通风口开度，v(k)和v(k‑1)分别是k和k‑1时刻外部干扰，A,B,C,D,E,F是相应维数的系统矩阵，Δ是后向差分算子；1.2 根据系统初始测量数据，得到分解炉炉温控制系统的初始状态，定义如下：{[x_initial]}＝{x₀}1.3 设计分解炉炉温控制系统约束输出和被控输出需要满足的实际生产约束：y_min(k)≤y₁(k)≤y_max(k)u_min(k)≤u(k)≤u_max(k)Δu_min(k)≤Δu(k)≤Δu_max(k)其中，y_min(k)和y_max(k)分别为k时刻的最小和最大分解炉炉温约束，u_min(k)和u_max(k)分别为k时刻的最小和最大分解炉通风口开度，Δu_min(k)和Δu_max(k)分别是k时刻的分解炉通风口开度增量的最小和最大值；1.4 根据步骤1.3，变换其约束形式如下：‑y(k)+y_min(k)≤0；y(k)‑y_max(k)≤0‑u(k)+u_min(k)≤0；u(k)‑u_max(k)≤0‑Δu(k)+Δu_min(k)≤0；Δu(k)‑Δu_max(k)≤0步骤2、设计分解炉炉温控制系统的优化控制器，具体是：2.1 首先，针对系统的运行耗损预测如下：其中，R_s为系统运行耗损预测，L(τ)为系统每时刻运行耗损函数；2.2 设定系统的终端惩罚形式：P_s＝V_f(x(M))其中，V_f(x(T_d))是终端惩罚，x(T_d)是终端时间T_d的状态；2.3 设置通用的系统二次型滚动优化性能指标Q_s，形式如下：其中，y_ref(k)是k时刻的分解炉炉温参考输出，y_w(k+1|k)是k时刻的对k+1时刻的分解炉炉温预测输出；ΔU(k)是k时刻的分解炉通风口开度增量，其中λ_u与λ_y是相应的权矩阵，T_d是设定的系统运行时间；2.4 采用快速控制方法用于快速求解，形式如下：x(0)＝x₀,g(k_i)≤0g(k_i)+η_i＝ξ_iu_i∈[u_min,u_max]η_i≥0,ξ_i≥0,i＝0,...,T_d‑1其中，η_i,ξ_i为松弛变量，ζ为设定的系数，ζ要足够大，以满足分解炉炉温控制系统的收敛性，且ξ_i的值是要趋于0；u_i为i时刻分解炉通风口开度控制量；u_min,u_max为分解炉通风口开度控制量的最小值与最大值；x(0)为分解炉炉温控制系统初始状态其值设置为x₀，初始状态由传感器实时测量获取，I为适当维度的单位矩阵；2.5 在k时刻，通过求解步骤2.4，预测k+1时刻的分解炉炉温控制系统状态；2.6 在k+1时刻，通过状态变化的敏感性分析分解炉炉温控制系统；2.7 令k＝k+1，返回步骤2.5继续求解下，当分解炉炉温控制系统有新的测量结果，分解炉炉温控制输入项就会在极短时间延迟或没有时间延迟的情况下更新；2.8 通过求解步骤2.4的设定公式，得到最优分解炉通风口开度控制量，并计算出系统的最优分解炉通风口开度控制量u^*；2.9 在下一时刻，重复步骤2.1到2.8，继续求解新的优化参数，得到最优分解炉通风口开度控制量u^*，作用于水泥生料分解炉炉温控制系统，并依次循环。