[發明專利]一種熱風爐空燃比滑模控制方法

在審

• 申請號: 202110704856.7
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113446621A
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 馮旭剛;趙宇翔;周雪陽;王正兵;魏新園
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學
• 主分類號: F23N1/02
• 分類號: F23N1/02;C21B9/10
• 代理公司: 安徽知問律師事務所 34134
• 代理人: 王亞軍

本發明公開了一種熱風爐空燃比滑模控制方法，屬于自動化控制技術領域。它包括對熱風爐控制器的控制參數進行初始化，然后獲取熱風爐燃燒過程中控制器的控制參數并建立燃燒過程數學模型；之后根據燃燒過程數學模型計算滑模控制率，再利用雙目標區域化粒子群算法對控制參數進行優化并計算得到優化后的滑模控制率；而后根據優化后的滑模控制率計算得到空燃比，熱風爐控制器根據空燃比對煤氣進氣量進行控制。針對現有技術中的熱風爐存在的大慣性、大滯后和燃燒效率低等問題，本發明提供了一種熱風爐空燃比滑模控制方法，可以實時控制煤氣進氣量，有效緩解了傳統控制方法燃燒不充分、風溫不足、生產效率低下等問題，具有良好的控制效果。

技術領域

本發明屬于自動化控制技術領域，更具體地說，涉及一種熱風爐空燃比滑模控制方法。

背景技術

熱風爐作為高爐煉鐵的一個重要組成部分，其持續不斷為生產提供高溫熱風。據目前國內統計，每提高100℃熱風溫，可降低焦比15～20kg/t鐵，產量提高近3.0％。同時熱風加熱是高爐煉鐵消耗煤氣的必要環節，煤氣的充分燃燒對于鋼鐵企業降低能耗具有重大意義。

熱風的產生主要來自空氣和氧氣的燃燒反應，其生產效率取決于爐內空燃比，即兩反應物之比。當前為達到節能高效的目的，優化已不僅限于爐體本身，通過參數調節實現節能減排和環境保護也日漸普遍。通過對輸入煤氣量的尋優控制，能夠實現空燃比長期恒定，保證充分高效地燃燒，為高爐煉鐵提供溫度和氧氣，也為企業創造可觀的經濟效益。

現在的熱風爐燃燒技術主要包括計算輸入輸出熱值或流量以及神經網絡學習模型，第一種方法硬件要求高，對于熱值儀、流量計等設備精密度要求較高，后者出現已久但仍處于研究階段，實驗效果不佳。目前國內許多煉鐵企業高爐設備尚未更新，技術落后，仍然采用人工控制調節的方法進行工業生產，其精度不能得到保證，且需要大量人力物力來維護高爐的運營，人員資歷經驗不同，具有很大的局限性。

針對熱風爐空燃比的尋優問題，現有技術也提出了一些解決方案，例如發明創造名稱為：一種高爐熱風爐空燃比自尋優方法，申請號為201610589863.6，該方案公開了一種高爐熱風爐空燃比自尋優方法，該方法運用多個模塊實現對空燃比的尋優，主要通過單爐空燃比趨勢自尋優和協調優化模塊控制參數實現自尋優，該方法可以再不對高爐熱風爐進行設備改造情況下以較低成本實現空燃比自尋優，提高燃燒效率，但其調節方式單一，可能難以達到最優控制效果。此外，還有發明創造名稱為：一種熱風爐空燃比控制方法，申請號為200910104217.0，該方案公開了一種熱風爐空燃比控制方法，該方法運用計算機對調節程序三選一，根據其PID內部設定值對煤氣和空氣進行調節，其操作簡單，使得勞動強度明顯下降，但控制過程中煤氣存在波動，可能對調節產生較大影響。

發明內容

1.要解決的問題

針對現有技術中的熱風爐存在的大慣性、大滯后和燃燒效率低等問題，本發明提供了一種熱風爐空燃比滑模控制方法，可以實時控制煤氣進氣量，有效緩解了傳統控制方法燃燒不充分、風溫不足、生產效率低下等問題，具有良好的控制效果。

2.技術方案

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案如下：

本發明的一種熱風爐空燃比滑模控制方法，其特征在于，包括：對熱風爐控制器的控制參數進行初始化；然后取熱風爐燃燒過程中控制器的控制參數并建立燃燒過程數學模型；之后根據燃燒過程數學模型計算滑模控制率，再利用雙目標區域化粒子群算法對控制參數進行優化并計算得到優化后的滑模控制率；而后根據優化后的滑模控制率計算得到空燃比，熱風爐控制器根據空燃比對煤氣進氣量進行控制。

作為本發明進一步地改進，建立燃燒過程數學模型的具體過程為：先根據控制參數計算得到傳遞函數，再根據傳遞函數獲取狀態空間表達式。

作為本發明進一步地改進，根據以下公式計算傳遞函數：