[發明專利]含能材料反應釜的釜內溫度動態矩陣控制方法

有效

• 申請號: 201811428977.8
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109581870B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 王冬磊;尹愛軍;張智禹
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 劉興亮

本發明公開了一種含能材料反應釜的釜內溫度動態矩陣控制方法，包括：步驟一、建立基于成球工藝生產數據的含能材料反應釜釜內溫度模型辨識模塊；步驟二、建立基于動態矩陣的反應釜釜內溫度控制模塊。本發明通過利用DMC算法，將設定值y_s與實際輸出y經過柔滑處理形成參考軌跡w；控制輸入u(k)作用于對象得到實際輸出y，作用于預測模型得到預測輸出y_m；實際輸出y與預測輸出的差值生成輸出誤差，進行反饋校正，得到校正后預測輸出參考軌跡w與校正后預測輸出經過滾動優化，得到最優控制量u(k)。本發明的方法能夠利用采樣數據快速精確逼近反應釜溫度模型參數，實時更新系統模型，通過動態矩陣控制器調節蒸汽閥門開度，控制反應釜釜內溫度。

技術領域

本發明涉及含能材料生產控制技術領域，具體設計一種含能材料反應釜的釜內溫度動態矩陣控制方法。

背景技術

含能材料的成球過程是生產的關鍵工藝環節，其工藝過程具有高度的非線性、多變量耦合性、不確定性、信息不完全性和大時滯后等特性，且被控變量與控制變量存在著各種約束等，基于定量數學模型的傳統控制理論和技術難以得到滿意的控制效果，為此需研究在線控制技術，實現成球過程的實時動態控制。

影響含能材料成球尺寸的工藝參數主要包括飽和蒸汽壓，攪拌速度以及反應釜內溫度。加熱蒸汽壓力影響反應釜的能量平衡，控制策略定值控制。反應釜攪拌速度將影響成球尺寸以及反應釜的能耗，以PID控制電機轉速，可以實現反應釜攪拌機的無誤差跟蹤。

由于成球工藝過程的溫度主要依靠蒸汽加熱，而蒸汽通入反應釜夾套，對反應釜內部溫度的加熱具有大時滯性。目前對于反應釜溫度的在線控制技術如預測控制、優化控制等都是基于模型的控制策略，實施在線控制的首要任務即建立準確的反應釜溫度模型。受投料數量、種類的影響，反應釜中存在一系列復雜的反應，如成球工藝蒸溶階階段乙酸乙酯溶液蒸發的吸熱效應，成球工序不同階段會加入不同原料，反應釜溫度模型會隨著原料的添加發生變化，使得反應釜的溫度動態特性具有分段性、時變性、大時滯的特點，很難根據反應的動態特性和平衡方程進行機理建模。采用機理建模的方法通過分析夾套式反應釜的結構對蒸汽加熱過程中的熱傳遞方式建立了發射藥反應釜傳溫模型，建模過程繁瑣，模型適應性差。

近年來，基于系統正常運行過程中的輸入和輸出數據的實驗建模方法廣泛應用于工業控制領域，而最小二乘法(RLS)通過最小化誤差的平方和來尋找數據的最佳函數匹配，加入遺忘因子后克服“數據飽和”現象，對溫度模型的時變特性進行追蹤，實現時變過程的參數辨識，建立工藝過程的數學模型。以反應釜溫度模型作為DMC控制系統模型，實現工藝參數的在線控制。

目前，我國化工行業反應釜生產過程的自動化控制水平相對落后，大量工藝參數依靠人工調節，工人勞動強度大，難以達到精確控制的目的。含能材料成球工藝過程難以擺脫人為因素造成的影響，導致含能材料產品質量不穩定，造成原材料成批次的浪費。

除人工控制外，企業現有的反應釜控制算法通常采用了傳統的PID算法，很難解決反應釜溫度控制的非線性、時變和大滯后特性，難以實現精確控制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的問題，提出一種基于DMC動態矩陣控制的在反應釜溫度在線控制系統，利用遺忘因子最小二乘法(FFRLS)完成含能材料反應釜系統模型辨識，溫度控制系統借助辨識出的系統模型，通過DMC動態矩陣控制器完成反應釜溫度的在線控制。

本發明是這樣實現的：

含能材料成球工藝階段，由于升溫階段、成球階段及蒸溶階段前添加不同物料，導致系統對蒸汽加熱的靈敏度發生變化，造成系統模型的變化。根據生產過程，系統模型分為三個階段，每個階段系統模型結構一樣，只有參數發生變化，辨識方法一樣，現取加溫階段作為說明：

1.基于成球工藝生產數據的含能材料反應釜釜內溫度模型辨識模塊