焦?fàn)t加熱燃燒過程的智能集成優(yōu)化控制策略及其應(yīng)用研究.pdf

1、焦炭是鋼鐵等行業(yè)的主要生產(chǎn)原料，廣泛的應(yīng)用于煉鐵、鑄造和金屬加工。焦?fàn)t加熱燃燒過程是煉焦過程中重要的過程，火道溫度直接影響到焦炭質(zhì)量和能源消耗。針對具有強非線性、時變、大時滯等特點的焦?fàn)t加熱燃燒過程，采用傳統(tǒng)的控制理論或者單一的智能化技術(shù)很難達到理想的效果，本文提出一種智能集成優(yōu)化控制策略，為有效解決焦?fàn)t加熱燃燒過程的優(yōu)化控制問題提供一種新的途徑。論文的研究成果主要包括下述五個方面： (1)焦?fàn)t加熱燃燒過程智能控制結(jié)構(gòu)

2、基于焦?fàn)t加熱燃燒過程特性和控制問題分析，在分析火道溫度影響因素的基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)計劃和溫度控制兩個角度分析了焦?fàn)t加熱燃燒過程的復(fù)雜性，提出了一種分層遞階智能集成優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)，它包括決策處理層、溫度智能優(yōu)化控制層和過程控制層。針對生產(chǎn)操作對焦?fàn)t耗熱量的影響，在決策處理層將煉焦生產(chǎn)劃分為不同的工況，通過生產(chǎn)現(xiàn)場的信息融合，確定當(dāng)前的工況；智能優(yōu)化控制級首先建立火道溫度的軟測量模型，再根據(jù)當(dāng)前的工況選擇合適的優(yōu)化控制模型，通過優(yōu)化控制模型的計算

3、，得到煤氣量和空氣量；在過程控制層，通過閥門控制器調(diào)節(jié)煤氣量和空氣量穩(wěn)定在設(shè)定值。這種控制結(jié)構(gòu)為解決焦?fàn)t加熱燃燒過程優(yōu)化控制問題提出了一種解決方案。 (2)火道溫度智能集成軟測量模型 針對火道溫度難以在線檢測的問題，在分析焦?fàn)t火道溫度特性的基礎(chǔ)上，提出了一種基于線性回歸(LR)和監(jiān)督式分布神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SDNN)的火道溫度智能集成軟測量方法。根據(jù)煤氣換向規(guī)律和推焦串序，提出了典型蓄熱室的選取原則，并驗證了有效性。分別建立了一

4、元、二元和六元LR模型，并對三個LR模型的輸出進行智能集成，獲得焦?fàn)t火道溫度與蓄頂溫度之間的集成LR模型。采用SDNN建模方法，將火道溫度引入樣本空間的聚類，將學(xué)習(xí)樣本劃分為不同的子類，然后分別用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模，通過子網(wǎng)隸屬度最終獲得火道溫度軟測量值。并運用專家規(guī)則，對集成LR模型和SDNN模型的輸出進行協(xié)調(diào)，最終獲得焦?fàn)t火道溫度的軟測量值。 (3)基于信息融合的焦?fàn)t加熱燃燒過程工況判斷 焦?fàn)t加熱過程中，工況的復(fù)雜性增加了

5、火道溫度控制的難度。本文在分析焦?fàn)t生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)操作對焦?fàn)t耗熱量的影響，對焦?fàn)t加熱燃燒過程的工況進行了劃分。提出了基于多信息的二次融合方法，根據(jù)炭化室對應(yīng)的上升管的荒煤氣溫度識別焦?fàn)t加熱燃燒過程的實時工況。首先在采用趨勢分析的方法判斷每個上升的荒煤氣溫度數(shù)據(jù)的一致性和有效性，在進行單個炭化室的工況判斷的基礎(chǔ)上，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對各個炭化室的判斷結(jié)果進行信息融合，得出焦?fàn)t加熱燃燒過程的實時工況。通過工況判斷，使每種工況下

6、的控制問題變得相對簡單，并且為解決慢過程中的數(shù)據(jù)分析提供了新的方法。 (4)火道溫度過程智能優(yōu)化控制 通過建立切換控制策略，對于不同的工況選擇相應(yīng)的控制器，降低了焦?fàn)t加熱燃燒過程優(yōu)化控制的復(fù)雜性，并采用軟切換策略實現(xiàn)不同工況下溫度優(yōu)化控制器的切換。對對每種工況下火道溫度的優(yōu)化控制問題，將控制系統(tǒng)分為內(nèi)外環(huán)：外環(huán)為溫度優(yōu)化控制部分，通過分析焦?fàn)t的綜合生產(chǎn)指標(biāo)，建立基于模糊遺傳協(xié)同進化優(yōu)化控制模型，同時，根據(jù)焦?fàn)t內(nèi)氣流方向和

7、工藝機理，建立了吸力的控制模型，通過調(diào)節(jié)煤氣流量和煙道吸力保證火道溫度穩(wěn)定在目標(biāo)值附近：內(nèi)環(huán)為壓力控制部分，采用智能控制方法，設(shè)計閥門控制器，保證現(xiàn)場的煤氣流量與煙道吸力穩(wěn)定且跟隨設(shè)定值。 (5)智能優(yōu)化控制系統(tǒng) 從控制實時性、數(shù)據(jù)的采集和獲取、系統(tǒng)的可調(diào)試性和安全性考慮，設(shè)計了系統(tǒng)的整體框架，采用OPC通信技術(shù)實現(xiàn)應(yīng)用軟件和基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)的通信，進行了數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、過程狀態(tài)可視化監(jiān)控、火道溫度檢測與優(yōu)化控制、系統(tǒng)安