煤氣混合加壓過程的子空間建模與智能解耦控制.pdf

1、鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有十分重要的地位，我國鋼鐵產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)十多年世界第一。鋼鐵生產(chǎn)時(shí)所產(chǎn)生的副產(chǎn)品高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣經(jīng)過煤氣混合加壓過程，為鋼坯加熱、燒結(jié)、煉焦、煤氣發(fā)電等鋼鐵生產(chǎn)過程或民用提供重要的燃料?；旌厦簹獾某浞指咝Ю脤τ谄髽I(yè)節(jié)能降耗與環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展意義重大。
　　 混合煤氣熱值和壓力穩(wěn)定是影響鋼坯加熱、煉焦等鋼鐵生產(chǎn)過程穩(wěn)順運(yùn)行的關(guān)鍵因素。在煤氣混合加壓過程中，存在著高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣供給不連續(xù)、氣源壓力變化

2、劇烈、負(fù)荷波動(dòng)大、蝶閥調(diào)節(jié)時(shí)流量與壓力之間存在耦合等因素，難以建立準(zhǔn)確的過程模型，采用傳統(tǒng)的控制手段難以達(dá)到滿意的效果。本文針對以上問題開展深入研究，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 (1)煤氣混合加壓過程的解耦控制結(jié)構(gòu)
　　 基于煤氣混合加壓過程的工藝機(jī)理，以及生產(chǎn)過程的運(yùn)行數(shù)據(jù)，分析了混合煤氣熱值和壓力波動(dòng)的原因及過程操作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)之間的規(guī)律，結(jié)合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中煤氣混合加壓過程的控制要求，提出包含煤氣混合過程熱值

3、和壓力解耦控制回路、煤氣加壓過程壓力控制回路兩個(gè)部分的煤氣混合加壓過程解耦控制設(shè)計(jì)方案。
　　 (2)基于子空間辨識(shí)的煤氣混合過程建模方法
　　 針對高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合過程的強(qiáng)耦合特性，提出一種基于子空間辨識(shí)的過程狀態(tài)與輸出關(guān)系建模方法。以蝶閥前的焦?fàn)t煤氣壓力和流量、高爐煤氣壓力和流量為過程狀態(tài)，混合煤氣熱值和壓力為輸出，應(yīng)用子空間辨識(shí)建立煤氣混合過程系統(tǒng)模型。辨識(shí)結(jié)果表明，所提出的子空間辨識(shí)方法能有效辨識(shí)煤氣混合加

4、壓過程的動(dòng)態(tài)模型，過程模型得到的輸出能夠與過程實(shí)際輸出相吻合，具有較高的辨識(shí)精度。
　　 (3)煤氣混合加壓過程的智能解耦控制策略
　　 針對具有強(qiáng)耦合、非線性、強(qiáng)干擾、不確定性等特點(diǎn)的煤氣混合加壓過程，分別提出煤氣混合過程的模糊補(bǔ)償解耦控制方法、煤氣加壓過程的二自由度專家控制方法。
　　 針對煤氣混合過程熱值和壓力的變化特性，設(shè)計(jì)基于性能反饋的熱值和壓力直接自適應(yīng)模糊控制器。通過求解過程的子空間辨識(shí)模型，分析混

5、合煤氣熱值和壓力變化時(shí)的耦合關(guān)系，設(shè)計(jì)熱值、壓力模糊控制器對它們之間的耦合影響進(jìn)行補(bǔ)償，并基于生產(chǎn)過程中操作人員的操作經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)專家控制器，從而得出高爐煤氣閥門、焦?fàn)t煤氣閥門控制量。針對煤氣加壓過程的特性，提出二自由度專家控制。采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，考慮氣源管壓及加壓機(jī)后壓力波動(dòng)為影響煤氣加壓過程的干擾因素，在加壓機(jī)后壓力反饋專家控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了煤氣加壓過程壓力前饋專家控制器，有效保證了混合煤氣壓力值的穩(wěn)定。

6、　　 (4)煤氣混合加壓智能解耦控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
　　 根據(jù)生產(chǎn)過程的控制要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)采用過程級(jí)和操作級(jí)的兩級(jí)分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基于VC++開發(fā)了智能解耦控制軟件。針對應(yīng)用軟件與集散控制系統(tǒng)的信息交換，利用OPC技術(shù)和ATL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能控制算法軟件與集散控制系統(tǒng)的無縫連接，有效控制混合煤氣熱值和壓力。
　　 仿真實(shí)驗(yàn)以及實(shí)際工業(yè)運(yùn)行效果表明了論文針對煤氣混合加壓過程開展的子空間辨識(shí)建模、智能解耦控制策略以及