一种石灰窑燃烧过程的模糊预测控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种石灰窑燃烧过程的模糊预测控制系统及其控制方法，属于燃烧过程控制领域。本发明专利技术的模糊预测控制系统包括参考信息输入模块、模糊控制器、燃料阀、石灰窑控制装置、预测模块、反馈模块和校正模块，针对石灰窑燃烧温度控制系统具有非线性、时变和模型结构不确定性等特点，采用预测控制和模糊决策相结合的控制方法，综合预测控制的提前预知功能和模糊控制在大偏差范围内的优化控制效果，解决大时延非线性系统的温度控制问题；可投入实际生产运行，有效地提高了石灰煅烧温度调节过程的动态品质，达到了良好的实际应用效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于燃烧过程控制领域，具体地说，设及一种石灰畜燃烧过程的模糊预测 控制系统及其控制方法。
技术介绍
作为钢铁冶金重要原料的活性石灰主要通过冶金石灰畜锻烧而成，其质量的主要 衡量指标是活性度。它与很多因素有关，包括石灰石的成分和粒度，石料的运行和加料、出 灰方式，供热燃料的热值，燃烧温度和进程的控制，其中燃烧温度的控制是影响活性度的最 主要因素。必须将其控制在适宜的范围之内。由于石灰锻烧过程是一个复杂的物理化学 反应过程，具有明显的非线性、大滞后、不确定性特点，因此，采用常规的PID和模糊控制方 法，难W达到满意的效果。 预测控制是先进控制领域中的一项重要技术，由于它对多容非线性、大滞后的生 产过程具有较好的控制效果，因此，近年来不仅在理论研究上取得了重大的进展，而且还在 一些工程领域得到了实际应用。但在许多流程工业过程（特别是热工过程）中，由于生产环 境恶劣、工况变化剧烈等复杂因素，造成过程存在结构不确定性和严重的参数时变特性，致 使被控过程很难W-个或一族模型来描述，从而使常规模型预测方法如DMC、GPC的应用会 因较大的模型失配而导致控制效果的恶化。目前还没有形成成熟的可W实现一般工业过程 的预测控制方法，只有针对某些具体生产工艺的预测控制方法的研究案例。如；吴啸等（吴 啸，沈炯，李益国.基于TS模糊模型的稳定预测控制及其在机炉协调系统中的应用.中 国电机工程学报，2011,31(11) :106-112) W锅炉-汽轮机模型作为研究对象，提出一种基 于模糊李亚普诺夫函数的稳定预测控制方法，通过求解一组线性矩阵不等式，来设计满足 系统闭环稳定、输入约束W及控制性能最优的平行分配补偿控制律，并通过火电厂非线性 机炉协调系统中的仿真试验，验证了方法的有效性，但是该方法是通过求解一组线性矩阵 不等式，在系统环境相对稳定的情况下得到的分配补偿控制律，应用具有局限性，易受生产 环境等复杂因素变化的影响，控制效果易恶化。王国玉等（王国玉，梅华，韩壤，王东风，主 汽温系统模糊自适应预测函数控制.中国电机工程学报，2003,23(10) :230-235)针对 锅炉主汽温对象，提出了模糊自适应预测函数控制（FAPFC)策略，设计了预测函数-比例串 级控制（PFC-巧方案，并进行了仿真研究，有效地克服了负荷大范围变化对主汽温波动的 影响，在理论上可为工程应用提供借鉴，达到了较好的动态控制效果。王国玉等提出了一种 基于变结构的预测控制算法，利用变结构控制方法来纠结预测控制量，并应用于火电机组 过热汽温控制的仿真研究，结果表明所提出的算法具有较好的控制品质及鲁椿性，具有重 要的理论意义，但是该种方法仅是在理论层面上给出了研究，在实际生产中成功应用的案 例目前还没有，实用性不强。虽然目前MPC研究取得了比较丰硕的成果，但大多局限于仿 真分析层面，应用于工程实际（特别是热工系统）的成功案例并不多见。对于工业燃烧畜 炉该一类热工对象（水泥畜、石灰畜等），由于系统具有管线长、工艺复杂、设备众多W及生 产连续性和不能随意停产试验等特点，通常都采用经典和成熟的控制技术和手段（如PID、 化zzy控制算法），并在生产线投产或改造初期一次性完成系统的全部控制功能调试，故真 正将新的先进控制方案投入应用具有相当大的难度，控制不准。目前在该类问题中，有关预 测控制或其它先进控制方法实际应用成果报道并不多见。
技术实现思路
1.要解决的问题 针对现有预测控制模型控制不准确、在工程领域的实际应用性差W及受现场随机 干扰影响大等问题，本专利技术提供一种石灰畜燃烧过程的模糊预测控制系统及其控制方法， 采用预测控制和模糊决策相结合的控制方法，综合预测控制的提前预知功能和模糊控制在 大偏差范围内的优化控制效果，解决大时延非线性系统的温度控制问题。[000引 2.技术方案 为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下： -种石灰畜燃烧过程的模糊预测控制系统，包括参考信息输入模块、模糊控制器、 燃料阀、石灰畜控制装置、预测模块、反馈模块和校正模块；所述的参考信息输入模块、模糊 控制器、燃料阀与石灰畜控制装置依次串联连接；所述的燃料阀与预测模块、反馈模块和模 糊控制器依次串联连接；所述的燃料阀还与所述的校正模块连接；所述的校正模块与所述 的预测模块连接；所述的石灰畜控制装置同时与所述的校正模块、反馈模块和参考信息输 入模块连接。 优选地，所述的参考信息输入模块用来输入参考轨迹和接收石灰畜实际温度值， 所述的参考轨迹为设定的石灰畜内温度值的变化序列； 所述的模糊控制器的输入信号为系统误差e W及误差的变化率ec，然后经过模糊 推理和决策得到燃料控制量U，建立石灰畜温度控制模糊规则； 所述的燃料阀获取模糊控制器输出的燃料控制量U对阀口开度进行调节并将实 际燃料流量值输出； 所述的石灰畜控制装置包括温度感应系统和石灰畜加热系统，温度感应系统负责 监测石灰畜内的温度变化并将实际温度值输出给反馈模块和校正模块，石灰畜加热系统负 责对燃料的加热燃烧； 所述的预测模块获取实际的燃料流量值，启动内置的预测模型计算石灰畜内的温 度，将计算的温度预测值输出； 所述的反馈模块同时获取预测模块计算的温度预测值和石灰畜内温度感应系统 检测的实际温度值，当温度预测值与实际温度值存在偏差时，反馈模块进行在线反馈校正 并输出校正后的预测值； 所述的校正模块在温度预测值与实际温度值的偏差始终没有减小的趋势时启动 自校正算法对预测模块的模型参数进行校正并将校正值输出给预测模块。 上述的一种石灰畜燃烧过程的模糊预测控制系统的控制方法，其步骤为： (1)在参考信息输入模块中设置参考轨迹，同时采集石灰畜实际温度值，参考信息 输入模块计算石灰畜实际温度值和参考轨迹中设定的温度值之间的误差；反馈模块同时接 收预测模块计算的温度预测值和石灰畜内温度感应系统检测的实际温度值，当温度预测值 与实际温度值存在偏差时，反馈模块进行在线反馈校正并输出校正后的预测值，系统根据 参考轨迹中设定的温度值和校正后的预测值计算系统误差e W及误差的变化率ec ; (2)模糊控制器接收步骤（1)中输出的系统误差e W及误差的变化率ec进行模糊 推理和决策得到燃料控制量U，建立石灰畜温度控制模糊规则，所述模糊控制器内依次进行 模糊化、模糊推理、反模糊化和模糊决策运算，然后模糊输出，模糊化是将得到的非模糊值 输入信号经转换为模糊值信号；模糊推理是将实际操作控制过程转化成模糊条件语句；模 糊决策是通过加权平均法从得到的模糊集合中取一个最能代表该个模糊推理结果的精确 值；模糊输出是根据满足输入条件的程度和系统的控制规则通过模糊推理而得到的，再经 过反模糊化转化为非模糊值从而用于系统控制，该里模糊集合有S个，分别是e，ec，U的模 糊集合，其中e的模糊集合，就是将误差e分为7个等级，误差变化率ec的模糊集合就是将 ec分为7个等级，U的模糊集合就是将U分为若干个等级；[001引 做燃料阀接收步骤（2)中输出的燃料控制量U对燃料阀的阀口开度进行调节将 燃料输送给石灰畜，同时输出实际的燃料流量值； (4)石灰畜控制装置中的加热系统接收燃料阀输送的燃料进行加热燃烧，石灰畜 控制装置中的温度感应系统感应石灰畜内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石灰窑燃烧过程的模糊预测控制系统，其特征在于：包括参考信息输入模块、模糊控制器、燃料阀、石灰窑控制装置、预测模块、反馈模块和校正模块；所述的参考信息输入模块、模糊控制器、燃料阀与石灰窑控制装置依次串联连接；所述的燃料阀与预测模块、反馈模块和模糊控制器依次串联连接；所述的燃料阀还与所述的校正模块连接；所述的校正模块与所述的预测模块连接；所述的石灰窑控制装置同时与所述的校正模块、反馈模块和参考信息输入模块连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：章家岩，冯旭刚，钱家俊，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34