[發(fā)明專利]一種水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程二維容錯LQG控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910976734.6
• 申請日: 2019-10-15
• 公開（公告）號: CN110908343A
• 公開（公告）日: 2020-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李容軒;張日東;吳勝;歐丹林;蔣超
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué);浙江邦業(yè)科技股份有限公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 浙江千克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發(fā)明公開了一種水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程二維容錯LQG控制方法。本發(fā)明首先通過采集輸入輸出數(shù)據(jù)建立過程模型，然后將過程狀態(tài)變化和輸出追蹤誤差組合為新的過程狀態(tài)量，進(jìn)一步以此建立新的過程模型，最后以二次目標(biāo)函數(shù)來設(shè)計(jì)控制器，設(shè)計(jì)出最優(yōu)更新律。不同于傳統(tǒng)的控制方法，通過在過程間引入狀態(tài)變化和輸出追蹤誤差，控制器的調(diào)節(jié)更為靈活，使得系統(tǒng)容錯能力提升，部分執(zhí)行器故障的影響得以改善。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動化工業(yè)過程控制領(lǐng)域，涉及一種水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程二維容錯LQG控制方法。

背景技術(shù)

在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中，工業(yè)生產(chǎn)過程建模和控制策略正變得越來越重要，同時由于對產(chǎn)品質(zhì)量和操作安全性的高要求使得工業(yè)生產(chǎn)過程生產(chǎn)的運(yùn)行規(guī)范越發(fā)嚴(yán)格，進(jìn)而導(dǎo)致控制系統(tǒng)故障的概率增大。例如，在實(shí)際的水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程中，水泥回轉(zhuǎn)窯的窯頭噴煤執(zhí)行器出現(xiàn)故障尤為常見，主要體現(xiàn)為窯頭噴煤閥門故障，這將使得最終的水泥熟料的質(zhì)量下降，同時考慮到執(zhí)行器斷電、卡住的情況下，水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程將不再可控，依此設(shè)計(jì)控制器將無意義。因此，有必要提出一種控制方法來處理部分執(zhí)行器故障的情況，以保障水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程的穩(wěn)定性，保障最終水泥熟料的高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的穩(wěn)定生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為改善水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程控制系統(tǒng)部分執(zhí)行器故障的影響，提出了一種水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程二維容錯LQG控制方法。

本發(fā)明首先通過采集輸入輸出數(shù)據(jù)建立過程模型，然后將過程狀態(tài)變化和輸出追蹤誤差組合為新的過程狀態(tài)量，進(jìn)一步以此建立新的過程模型，最后以二次目標(biāo)函數(shù)來設(shè)計(jì)控制器，設(shè)計(jì)出最優(yōu)更新律。不同于傳統(tǒng)的控制方法，通過在過程間引入狀態(tài)變化和輸出追蹤誤差，控制器的調(diào)節(jié)更為靈活，使得系統(tǒng)容錯能力提升，部分執(zhí)行器故障的影響得以改善。

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過數(shù)據(jù)采集、模型建立、控制器設(shè)計(jì)等手段，確立了一種水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程二維容錯LQG控制方法，利用該方法可有效保證水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程的穩(wěn)定和優(yōu)化控制性能及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的容錯控制。

本發(fā)明方法的步驟包括：

步驟1、求解水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程中被控對象的拓展?fàn)顟B(tài)空間模型，具體步驟是：

1-1.采集水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程的實(shí)時運(yùn)行數(shù)據(jù)，建立在不定干擾下的水泥回轉(zhuǎn)窯燒成過程系統(tǒng)模型：

x(t+1,k)＝Ax(t,k)+Bu(t,k)+w(t,k)

y(t,k)＝Cx(t,k)+v(t,k)

其中k和t分別表示批次和批次運(yùn)行時刻，x(t+1,k)、x(t,k)分別是t+1、t時刻k批次的過程狀態(tài)，y(t,k)是t時刻k批次的系統(tǒng)輸出，u(t,k)是t時刻k批次的系統(tǒng)輸入，w(t,k)是t時刻k批次的過程噪音，v(t,k)是t時刻k批次的過程測量噪音。A，B，C分別是適當(dāng)維度的系統(tǒng)矩陣。

1-2.窯頭噴煤輸入閥門的開度部分故障模型描述如下：

u^F(t,k)＝αu(t,k)

其中u^F(t,k)是t時刻k批次的執(zhí)行器的實(shí)際控制動作，α表示執(zhí)行器故障的影響程度。和α(α<1)是可靠性的上下界限值，為已知值。

1-3.基于步驟1-2的窯頭噴煤輸入閥門的開度部分故障模型，得到變換后的系統(tǒng)模型描述如下：

1-4.定義批次維差分算子：

Δ_ku^F(t,k)＝u^F(t,k)-u^F(t,k-1)