焦爐集氣管壓力智能預測控制方法及應用研究.pdf

1、焦炭是冶金工業(yè)煉鐵的主要原料，在煉焦生產(chǎn)過程中會伴隨產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品荒煤氣。通過集氣過程有效回收利用荒煤氣，不僅節(jié)約能源，而且降低環(huán)境污染，是鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。焦爐集氣管壓力是煉焦生產(chǎn)中的重要參數(shù)，它的穩(wěn)定與否直接影響著焦炭和煤氣質量、設備壽命以及生產(chǎn)環(huán)境。現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，目前很多焦化廠集氣管壓力的控制效果并不理想，跑煙冒火現(xiàn)象嚴重，是焦化行業(yè)公認的控制難題。因此，研究焦爐集氣過程的控制對鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。
　　由于連通

2、作用，焦爐集氣管壓力與主管吸力之間存在著耦合影響。另外，集氣管壓力還受到間歇性裝煤脈沖強干擾的影響。但是目前焦化生產(chǎn)現(xiàn)場大多仍采用傳統(tǒng)的單獨調節(jié)策略，單集氣管壓力和主管吸力的控制分別獨立進行，很難達到理想的控制效果。本文針對集氣管壓力控制問題，在不改變現(xiàn)有工藝的情況下，提出一種焦爐集氣管壓力智能預測控制策略，并且開發(fā)了專用的可組態(tài)軟件產(chǎn)品，在實際應用中取得了較好的效果，為有效解決焦爐集氣管壓力的控制問題提供了一種新的途徑。本文主要研究內

3、容如下:
　　針對集氣過程的多變量、閉環(huán)連續(xù)運行以及裝煤擾動等問題，提出了一種焦爐集氣系統(tǒng)閉環(huán)子空間辨識策略。首先，針對多變量系統(tǒng)變量、噪聲間具有相關性時，子空間辨識不具有一致性估計的問題，在閉環(huán)子空間辨識方法PARSIM-E的基礎上，提出了結合PLS的閉環(huán)子空間矩陣預估方程求解方法;其次，針對PARSIM-E方法在求解狀態(tài)空間模型時計算復雜的問題，結合開環(huán)子空間辨識方法N4SID，提出了一種快速求解狀態(tài)空間模型的閉環(huán)子空間辨識方

4、法;最后，通過系統(tǒng)分析，采用一定寬度的脈沖信號模擬裝煤擾動信號，并且對焦爐集氣過程數(shù)據(jù)利用閉環(huán)子空間辨識策略進行辨識與壓力輸出預測。
　　在考慮集氣管壓力系統(tǒng)的可測擾動輸入以及工藝指標軟約束的前提下，設計了集氣管壓力子空間預測控制及穩(wěn)態(tài)目標計算方法。首先，在直接結構子空間預測控制方法的基礎上，針對集氣系統(tǒng)中的可測擾動和約束問題，設計了包含前饋作用的集氣管壓力增量式子空間預測控制方法;其次，針對多焦爐集氣管壓力預測控制在線優(yōu)化求解時

5、的時效性問題，引入拉蓋爾函數(shù)實現(xiàn)集氣管壓力預測控制輸入信號軌跡參數(shù)化，從而降低優(yōu)化問題求解的復雜程度，節(jié)約在線運算時間;最后，為了在焦爐集氣管壓力系統(tǒng)輸入輸出的最優(yōu)工藝區(qū)域中找到最佳的輸入輸出目標值，設計了基于子空間矩陣預估模型的集氣管壓力穩(wěn)態(tài)目標計算方法。當系統(tǒng)受到擾動時，通過調整預測控制中的控制目標值，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)輸入、輸出滿足軟約束條件。
　　針對焦爐集氣管壓力系統(tǒng)的復雜性以及單一控制方法難以取得理想控制效果的問題，結合鼓冷

6、車間的主管吸力優(yōu)化，提出了一種焦爐集氣管壓力智能預測控制算法。首先，針對實際被控對象中的未建模動態(tài)、參數(shù)時變、有界干擾等導致的模型失配問題，引入模糊預測控制方法，使用模糊控制方法對子空間預測控制的輸出進行校正。其次，針對目前主管吸力在鼓冷車間單獨調節(jié)，沒有考慮其對集氣管壓力控制影響的問題，提出了一種多集氣管綜合吸力狀態(tài)多級模糊評判和引風機轉速調節(jié)專家控制方法。最后，利用ABC-BP算法對鼓冷吸力系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行辨識，建立了焦爐集氣過程混合模

7、型，通過混合模型驗證了本文方法的有效性。
　　針對目前集氣管壓力控制算法嵌入在不同控制平臺上造成可移植性差、開發(fā)周期長和難以推廣等問題。設計并開發(fā)了一套焦爐集氣管壓力智能預測控制軟件產(chǎn)品，實現(xiàn)了集氣管壓力智能預測控制策略在焦化生產(chǎn)中的應用。該軟件提供通用的OPC通信接口，并且以焦爐集氣管壓力系統(tǒng)專用可組態(tài)軟件的形式為不同的爐型提供靈活的組態(tài)功能，保證了軟件的適用性。目前該軟件已經(jīng)先后在兩個企業(yè)的不同型號焦爐上長時間正常運行，并且達