[發明專利]基于約束史密斯廣義預測控制的水泥分解爐溫度控制方法

有效

• 申請號: 200810229334.0
• 申請日: 2008-12-05
• 公開（公告）號: CN101751051A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 王宏;王卓;張彥武;苑明哲;王天然;吳星剛
• 申請（專利權）人: 中國科學院沈陽自動化研究所
• 主分類號: G05D23/19
• 分類號: G05D23/19;G05B13/04;C04B7/38
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富

技術領域

本發明涉及水泥生產過程控制領域，尤其是涉及一種基于約束史密斯 廣義預測控制的水泥分解爐溫度控制方法。

背景技術

水泥分解爐是新型干法水泥生產過程中的關鍵設備，承擔著生料中絕 大部分碳酸鹽的分解任務，有效控制水泥分解爐溫度，進而保證合適的生 料分解率，對整條熟料生產線的穩定運行至關重要。

分解爐的結構如圖1所示。在分解爐內，煤粉、三次風、預熱后的生 料以及回轉窯的高溫煙氣，通過噴騰，實現氣料充分混合，完成燃燒、分 解。在這一過程中，風、煤、料三者之間發生了大量的放熱和吸熱反應， 表現出復雜的非線性動態特性；在工業現場，由于煤粉和生料的流量計量 裝置距離分解爐較遠，致使分解爐溫度的控制具有明顯的大滯后特性，實 驗表明，過程的滯后時間與時間常數之比大于0.6；另外，由于生料流量和 成分的波動較大，造成分解爐溫度受到了較大的擾動影響。因此，水泥分 解爐溫度控制具有較為明顯的非線性、大滯后及大擾動的特點。

目前，分解爐溫度的控制方法主要有兩種類型：(1)PID控制；(2)各種 智能控制(如模糊控制、模糊預測控制和神經網絡控制等)。研究表明，當 滯后時間與過程的時間常數之比大于0.3時，PID控制就難以獲得好的控 制效果。雖然對其改進后能夠比普通PID控制效果更好一些，但是并沒有 從根本上解決大滯后所帶來的不利影響。智能控制方法的通用性較強，它 通過模仿操作員的經驗，取得了比PID控制更好的控制效果，但是卻難以 有效地反映對象動態特性，而且還具有計算量大、實時性差的缺點。因此， 有必要從水泥分解爐自身特點出發尋找一種新的控制方法，有針對性的解 決水泥分解爐溫度控制的實際問題。

發明內容

針對現有技術對水泥分解爐溫度控制存在的不足，本發明要解決的技 術問題是提供一種能夠克服非線性、大滯后和大擾動的影響，具有前饋補 償的水泥分解爐溫度約束史密斯廣義預測控制(Smith?Generalized?Predictive Control，Smith-GPC)方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

本發明基于約束史密斯廣義預測控制的水泥分解爐溫度控制方法，其 特征在于包括以下步驟：

變量選取：選取煤粉流量為控制變量，生流流量為前饋變量，分解爐 溫度為被控變量；

模型辨識：針對煤粉流量與分解爐溫度之間的控制通道和生料流量與 分解爐溫度之間的擾動通道，基于最小二乘法和滯后時間估計法相結合的 模型辨識器，利用學習數據得到水泥分解爐控制通道和擾動通道的脈沖傳 遞函數模型；

優化計算：在當前時刻t，利用過去的輸入輸出信息和預測的未來輸入 信息，通過辨識得到的脈沖傳遞函數模型，預測未來的輸出狀態，并設定 輸出值的參考軌跡w；將輸出預測值與參考軌跡w進行比較，應用二次型 性能指標的控制器進行滾動優化，計算當前時刻的控制增量Δu，然后與原 來的控制動作值相加得到應加于系統的控制動作值u；

約束處理：考慮控制變量u(即喂煤流量)及其變化率的上下限、被控 變量(即分解爐溫度)的上下限，組成輸入輸出約束條件，對控制變量和 被控變量分別進行約束限幅處理；

前饋補償：基于在先辨識得到的擾動通道模型和控制通道模型，建立 前饋補償控制器，利用動態補償原理計算當前時刻t應加于系統的前饋控制 動作值u_d。

所述模型辨識器能夠估計系統滯后時間，其形式為：

d^=int(Σi=1Lb^ib^+0.5)]]>