高爐冶煉過程的非線性控制研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、鋼鐵工業(yè)的發(fā)展反映了國家綜合國力的強弱和經(jīng)濟水平的高低。我國已成為了鋼鐵生產(chǎn)和消費的大國,但鋼鐵生產(chǎn)技術(shù)還亟需進步以滿足鋼鐵工業(yè)持續(xù)快速發(fā)展的需要,也是成為鋼鐵強國的需要。本文以包鋼公司6號高爐(2500m3)的冶煉生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),逐步深入地進行了高爐冶煉過程的非線性辨識和預(yù)測研究,并拋磚引玉地對判斷高爐控制穩(wěn)定性的方法和基于穩(wěn)定性的控制策略進行了討論。對高爐冶煉過程的自動控制研究提出了一種新的思路,具有一定的啟發(fā)性、理論性和實用性。<

2、br>   高爐冶煉過程的自動化課題一直是自動化科學(xué)與技術(shù)以及冶金技術(shù)中尚未攻克的世界難題。這是因為高爐冶煉涉及許多復(fù)雜對象,而且在運行機制中帶有非線性、分布參數(shù)等特征,并伴有強烈的隨機性。僅用經(jīng)典控制論和現(xiàn)代控制論將對此無能為力,因此必須運用新的控制思想和理論來探索解決之道。本文的核心就是圍繞高爐非線性這一特征,采用分段線性化的處理方法,對高爐冶煉過程的辨識、預(yù)測和控制問題進行研究。論文的第一章簡要介紹了高爐的冶煉過程以及高爐自動化

3、的研究現(xiàn)狀和進展。文中指出高爐爐溫控制為高爐冶煉的核心難題,而其辨識問題則是首先需要解決的基礎(chǔ)問題。因此,論文的第二章利用非線性時間序列模型對高爐爐溫的重要指標(biāo)高爐鐵水硅質(zhì)量分數(shù)([Si])進行了辨識,采用的具體方法為門限自回歸算法。辨識的結(jié)果表明高爐[Si]時序有趨于某極限點或極限環(huán)的發(fā)展趨勢并且會在這些極限點和極限環(huán)之間發(fā)生跳變。不同的極限點或極限環(huán)表明了高爐冶煉生產(chǎn)的不同狀態(tài),而對于這些不同狀態(tài)有著不同的調(diào)控方法。然而僅僅對單一的

4、[Si]時序進行建模和辨識使得預(yù)測的命中率一般。因為眾多的高爐變量對[Si]時序均有影響,而且這些變量的隨機波動性和時滯性使得它們在預(yù)測[Si]時序時是不能忽略的。論文的第三章就通過引入噴煤、風(fēng)溫、風(fēng)壓、風(fēng)量、料速、透氣性、富氧量等高爐變量作為模型的誤差修正變量進行了多元時間序列的建模,提高了預(yù)測準(zhǔn)確率。在建模過程中發(fā)現(xiàn)了高爐[Si]時序存在局部非平穩(wěn)的特征,其他的變量也同樣如此。為了解決這一問題,進一步檢驗了高爐[Si]時序與其他變量

5、間存在著協(xié)整關(guān)系。因此可以對[Si]時序建立基于協(xié)整理論的門限向量誤差修正模型。仿真結(jié)果表明,當(dāng)以噴煤、風(fēng)溫和料速作為修正變量時,模型的預(yù)測命中率獲得了大幅提高,取得了較好效果。而且結(jié)果表明,高爐的噴煤和風(fēng)溫作為調(diào)控手段對爐溫的趨勢產(chǎn)生影響會有一定的時滯,因此需要有一定的調(diào)控提前量才能準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)爐溫。
   通過以上的辨識和預(yù)測研究,即表明了高爐冶煉過程的非線性特征還發(fā)現(xiàn)了高爐冶煉過程具有分段非平穩(wěn)性、發(fā)展趨勢的跳變和變量間的協(xié)

6、同動作等特征。論文第四章先對高爐冶煉過程的這種復(fù)雜性成因進行了分析。分析表明高爐是由包含連續(xù)(離散)變量的物理化學(xué)過程的動態(tài)系統(tǒng)以及遵循大量復(fù)雜人為規(guī)則和邏輯事件的離散事件動態(tài)系統(tǒng)共同組成的混合動態(tài)系統(tǒng)。因此,本文依據(jù)混合系統(tǒng)理論提出利用基于離散時間分段仿射系統(tǒng)模型,并采用線性矩陣不等式進行求解的方法,首次對高爐冶煉過程的控制穩(wěn)定性進行了研究。仿真結(jié)果表明,這種穩(wěn)定性分析方法是可行和有效的。第四章的穩(wěn)定性研究說明目前僅由工長的個人經(jīng)驗來

7、決定高爐冶煉的控制手段和調(diào)控力度是無法保證高爐冶煉的穩(wěn)定性的,那樣必然會引起爐況的較大波動。所以論文的第五章首先綜合討論了高爐現(xiàn)有的控制系統(tǒng),包括遞階控制和最優(yōu)控制。然后采用基于分段仿射系統(tǒng)的預(yù)測控制方法,提出了一種能夠保持系統(tǒng)穩(wěn)定的控制策略和方案。仿真結(jié)果表明,這種引入高爐穩(wěn)定性計算的控制方法能夠有效減少爐況波動,同時保證了系統(tǒng)穩(wěn)定,是一種有效和可行的預(yù)測控制方法。第五章的研究表明在高爐控制中引入穩(wěn)定性的計算是必要的。而基于穩(wěn)定性的高

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