一种石灰双膛窑煅烧专家控制方法技术

一种石灰双膛窑煅烧专家控制方法，包括确定操作量和被控量、数据采集及分类、模型辨识、得到预测模型、最优求解五个步骤，能够解决变量之间耦合性、系统非线性、时滞性和窑内温度不可准确测量问题，并能得到良好控制效果，可以依据石灰双膛窑煅烧被控量NOx含量和O2含量的设定值，自动调节其控制量喷煤量和窑尾风机挡板开度，使被控量的实际值可以快速地跟进其设定值，提高了石灰双膛窑煅烧过程的操作质量，使煅烧过程的操作更加平稳、合理和精确，同时也降低了工人的劳动强度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石灰双生产过程的先进控制方法
，涉及到一种石灰双膛窑煅 烧专家控制方法。
技术介绍
石灰双膛窑煅烧是石灰生产过程中一个很典型很重要的环节，对它的操作质量直 接影响着石灰的品质、产能和生产成本。石灰双膛窑煅烧操作的好坏很大程度上又决定于 对它的控制方法，所以石灰双膛窑煅烧的先进控制方法也就越来越受到国内外的关注和重 视。 石灰双膛窑煅烧的控制难点主要在于其具有复杂的变量耦合性、非线性和时滞 性，导致传统的经验调节法、PID调节法、模糊控制法等控制方法很难对其得到较好的、稳定 的控制效果。特别是国家对经济结构调整、节能减排等方面的要求使得石灰双膛窑煅烧过 程的研宄显得越来越重要。众多国内外工艺、自控专家对此做了大量的研宄工作，提出了许 多先进控制理论，也取得了一些令人鼓舞的进展。但是鉴于石灰双膛窑煅烧过程的复杂性 和先进控制理论对控制对象的限制性，使得一些先进的控制算法和控制方案未在石灰双膛 窑煅烧过程中得以很好实施。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的缺陷，设计了一种能够解决变量之间耦合性、系统非 线性、时滞性和窑内温度不可准确测量问题，并能得到良好控制效果的石灰双膛窑煅烧专 家控制方法。 本专利技术所采取的具体技术方案是：，关键是： 所述的方法包括以下步骤： a、确定操作量和被控量：将石灰双膛窖煅烧系统的喷煤量和窖尾风机挡板开度作 为操作量，窖内NOx含量和O 2含量作为被控量； b、数据采集及分类：采集步骤a中确定的现场石灰双膛窑煅烧过程的操作量数据 和被控量数据，并将所采集数据分成稳态数据和动态数据两类； C、模型辨识：对步骤b中得到的稳态数据进行非线性稳态模型辨识，建立石灰双 膛窑煅烧过程的非线性稳态模型，对步骤b中得到的动态数据进行线性动态模型辨识，建 立石灰双膛窑煅烧过程的线性动态自回归各态历经ARX模型； d、得到预测模型：对步骤C中辨识得到的非线性稳态模型和线性动态自回归各态 历经ARX模型并联有机结合，采用迭代递推法，得到石灰双膛窑煅烧过程的预测模型； e、最优求解：依据步骤d中得到的预测模型建立目标函数，对目标函数进行最优 求解，得到准确的石灰双膛窑控制量的预测值。 所述的步骤b是使用PLC模块对石灰双膛窑煅烧过程中的操作量数据和被控量数 据进行采集，再按照阶跃响应特性对采集的现场操作量数据和被控量数据进行分类，划分 为稳态数据和动态数据两类。 步骤c中所述的非线性稳态模型辨识是利用模糊神经网络的辨识方法，对筛选出 来的稳态数据进行辨识。 步骤c中所述的线性动态模型辨识是利用最小二乘法，对筛选出来的动态数据进 行辨识。 所述的步骤e是采用二次规划法SQP对目标函数进行最优求解。 本专利技术的有益效果是：（1)选择NOx含量和O2含量作为石灰双膛窑煅烧预测控制 器的两个输出量，选择窑头喷煤量和窑尾风机挡板开度作为其两个输入量，采用两入两出 的预测控制器能够解决这四个变量之间的耦合关系；（2)将石灰双膛窑煅烧过程的模型分 为非线性稳态模型和线性动态模型，并将两个模型有机结合对双膛窑煅烧进行预测控制， 又将系统时滞体现在预测模型中，该方法能够解决煅烧过程中非线性和时滞特性；(3)本 专利技术的预测控制方法可以依据石灰双膛窑煅烧被控量NO x含量和0 2含量的设定值，自动调 节其控制量喷煤量和窑尾风机挡板开度，使被控量的实际值可以快速地跟进其设定值，提 高了石灰双膛窑煅烧过程的操作质量，使煅烧过程的操作更加平稳、合理和精确，同时也降 低了工人的劳动强度。【附图说明】 图1为本专利技术的流程示意图。 图2为本专利技术中由非线性稳态模型和线性动态模型并联组成的组合模型示意图。【具体实施方式】 -种石灰双膛窑煅烧专家控制方法，包括以下步骤： a、确定操作量和被控量：石灰双膛窑煅烧工艺流程可以分为料路和气路两条线 路，料路的走向是：石灰生料在上料系统作用下进入窑膛预热段，再在重力作用下进入煅烧 段进行煅烧，最后经冷却段后产出成品；气路的走向是在窑尾风机抽气的作用下与料路走 向正好相反；在上述工艺流程中双膛窑煅烧的质量直接影响着石灰的品质和产能，煅烧的 质量主要又取决于对双膛窑窑内温度的准确控制和窑内煤的燃烧状况。经研宄发现窑内温 度的高低和窑内NO x的含量存在一种固定关系，温度越高NO ,含量越高，并且气体在窑内的 流动速度很快，所以用窑尾NOx的含量可以快速地反映出窑内温度，同时也发现窑尾0 2含量 可以反映出窑内煤的燃烧情况，所以将喷煤量和窑尾风机挡板开度作为操作量，将窑内NOx 含量和O2含量作为被控量； b、数据采集及分类：对石灰双膛窑煅烧过程中NOx含量、O2含量、喷煤量以及窑尾 风机挡板开度四个变量通过DCS系统进行现场数据采集，采样周期为60s，共采集20000组 数据，将所采集数据分成动态、稳态两种数据，划分依据是：当操作量喷煤量和窑尾风机挡 板开度中任意一个发生阶跃变化时，被控量NO x含量和0 2含量从阶跃时刻到最终都达到稳 定状态时的数据选为动态数据；被控量从稳定状态到下一个阶跃发生前的数据选为稳态数 据，经分类后得到动态数据7341组，稳态数据12659组； c、模型辨识：对窑尾风机煅烧过程的模型辨识是一个很重要的环节，它分为非线 性稳态模型辨识和线性动态模型辨识两部分，在模型辨识之前先将窑内NO x含量和O2含量 定义为模型的两个输出量yJP y 2，喷煤量和窑尾风机挡板开度定义为输入量^和u 2， 非线性稳态模型辨识是利用模糊神经网络的辨识方法，对筛选出来的稳态数据进 行辨识，建立石灰双膛窑煅烧过程的非线性稳态模型，如式（1)所示： ys= fJWu · AOVu · Us+ θ 丄）+ θ 2] (I)【主权项】1. ，其特征在于：所述的方法包括以下步骤： a、 确定操作量和被控量：将石灰双膛窑煅烧系统的喷煤量和窑尾风机挡板开度作为操 作量，窖内NOx含量和O2含量作为被控量； b、 数据采集及分类：采集步骤a中确定的现场石灰双膛窑煅烧过程的操作量数据和被 控量数据，并将所采集数据分成稳态数据和动态数据两类； c、 模型辨识：对步骤b中得到的稳态数据进行非线性稳态模型辨识，建立石灰双膛窑 煅烧过程的非线性稳态模型，对步骤b中得到的动态数据进行线性动态模型辨识，建立石 灰双膛窑煅烧过程的线性动态自回归各态历经ARX模型； d、 得到预测模型：对步骤c中辨识得到的非线性稳态模型和线性动态自回归各态历经 ARX模型并联有机结合，采用迭代递推法，得到石灰双膛窑煅烧过程的预测模型； e、 最优求解：依据步骤d中得到的预测模型建立目标函数，对目标函数进行最优求解， 得到准确的石灰双膛窑控制量的预测值。2. 根据权利要求1所述的，其特征在于：所述的步 骤b是使用PLC模块对石灰双膛窑煅烧过程中的操作量数据和被控量数据进行采集，再按 照阶跃响应特性对采集的现场操作量数据和被控量数据进行分类，划分为稳态数据和动态 数据两类。3. 根据权利要求1所述的，其特征在于：步骤c中 所述的非线性稳态模型辨识是利用模糊神经网络的辨识方法，对筛选出来的稳态数据进行 辨识。4. 根据权利要求1所述的，其特征在于：步骤c中 所述的线性动态模型辨识是利用最小二乘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石灰双膛窑煅烧专家控制方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：a、确定操作量和被控量：将石灰双膛窑煅烧系统的喷煤量和窑尾风机挡板开度作为操作量，窑内NOx含量和O2含量作为被控量；b、数据采集及分类：采集步骤a中确定的现场石灰双膛窑煅烧过程的操作量数据和被控量数据，并将所采集数据分成稳态数据和动态数据两类；c、模型辨识：对步骤b中得到的稳态数据进行非线性稳态模型辨识，建立石灰双膛窑煅烧过程的非线性稳态模型，对步骤b中得到的动态数据进行线性动态模型辨识，建立石灰双膛窑煅烧过程的线性动态自回归各态历经ARX模型；d、得到预测模型：对步骤c中辨识得到的非线性稳态模型和线性动态自回归各态历经ARX模型并联有机结合，采用迭代递推法，得到石灰双膛窑煅烧过程的预测模型；e、最优求解：依据步骤d中得到的预测模型建立目标函数，对目标函数进行最优求解，得到准确的石灰双膛窑控制量的预测值。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史鑫，杨振宏，周伟，刘延斌，张韬，
申请(专利权)人：新兴河北工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13