[發明專利]基于干擾觀測器的焦爐煤氣壓力兩層優化設定控制方法

在審

• 申請號: 202011252495.9
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112462607A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 殷利平;陳新;韓冬;周宏偉;蔡地
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 徐燕

本發明公開了基于干擾觀測器的焦爐煤氣壓力兩層優化設定控制方法，包括以下步驟：步驟S1：構建焦爐煤氣壓力復合控制回路系統的狀態空間模型；步驟S2：基于PID控制器，建立底層回路控制層空間模型；步驟S3：基于回路控制層的干擾，建立優化設定層的干擾觀測器；步驟S4：利用干擾觀測器輸出的估計值結合狀態空間模型，實時調節設定焦爐煤氣壓力的設定值。本發明通過使用兩層結構優化設定控制方法，可以不用改變控制器結構和參數，通過在線完成設定值調整，使系統有效的抑制干擾，達到對系統的精準控制。

技術領域

本發明屬于焦慮煤氣壓力控制技術領域，具體涉及基于干擾觀測器的焦爐煤氣壓力兩層優化設定控制方法。

背景技術

在某些工業過程中，例如磨礦和煉焦，一旦生產線建成，重新設計控制器是不現實的，即使調整控制器參數也可能造成巨大的經濟損失。以陜西陜焦化工有限公司的煉焦工藝為例，2010年建造成投產的焦爐生產線成本為3億元人民幣。重新設計控制器需要更換整個生產線，這在近年來是不可接受的。在煉焦過程中，為了保證焦炭質量，焦爐溫度應穩定并控制在約1100℃。焦爐煤氣供應是周期性換向的，造成焦爐焦爐煤氣壓力波動。陜焦公司的焦爐煤氣壓力系統，焦爐煤氣由煤氣總管通過1#主管和2#主管輸送到1#焦爐和2#焦爐，主管道均裝上了蝶閥，并且測量蝶閥前后的壓力。PID控制器控制蝶閥的開度，以控制蝶閥后面的氣壓，即控制焦爐煤氣流量。焦爐氣流量決定了焦爐溫度，進而影響結焦時間和焦炭質量。但是，在生產過程中無法調節煤氣壓力控制器的結構和參數，因此會浪費大量的煤氣，更糟糕的是，在調節期間氣壓不穩定可能會導致焦炭產量和質量下降。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于干擾觀測器的焦爐煤氣壓力兩層優化設定控制方法。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

基于干擾觀測器的焦爐煤氣壓力兩層優化設定控制方法，包括以下步驟：

步驟S1：構建焦爐煤氣壓力復合控制回路系統的狀態空間模型；

步驟S2：基于PID控制器，建立底層回路控制層空間模型；

步驟S3：基于回路控制層的干擾，建立優化設定層的干擾觀測器；

步驟S4：利用干擾觀測器輸出的估計值結合狀態空間模型，實時調節設定焦爐煤氣壓力的設定值。

為優化上述技術方案，采取的具體措施還包括：

進一步地，步驟S1具體為：

S11：建立干擾模型：

8、

9、

其中，A_ω∈R^m×m，F∈R^m×m和C_ω∈R^l×m為常數矩陣，N∈R^m×m為適當維數且初始條件未知的矩陣；

S12：建立控制回路系統的狀態空間模型：

其中，x∈Rⁿ是系統的狀態向量，u∈R^l是控制輸入，y∈R^m是受控輸出，A、B、C為具有適當維數的系統矩陣,d(t)為干擾；y(t)表示實際輸出值，表示更新后的系統狀態矩陣。

S13：新設定值與實際輸出值之間的誤差為e(t)＝r(t)-y(t)。

進一步地，步驟S2具體為：

S21：建立PID控制器模型：