煤氣混合加壓過程的子空間建模與智能解耦控制.pdf

1、鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中具有十分重要的地位，我國鋼鐵產(chǎn)量已經(jīng)連續(xù)十多年世界第一。鋼鐵生產(chǎn)時所產(chǎn)生的副產(chǎn)品高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣經(jīng)過煤氣混合加壓過程，為鋼坯加熱、燒結(jié)、煉焦、煤氣發(fā)電等鋼鐵生產(chǎn)過程或民用提供重要的燃料。混合煤氣的充分高效利用對于企業(yè)節(jié)能降耗與環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展意義重大。
　　 混合煤氣熱值和壓力穩(wěn)定是影響鋼坯加熱、煉焦等鋼鐵生產(chǎn)過程穩(wěn)順運行的關(guān)鍵因素。在煤氣混合加壓過程中，存在著高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣供給不連續(xù)、氣源壓力變化

2、劇烈、負(fù)荷波動大、蝶閥調(diào)節(jié)時流量與壓力之間存在耦合等因素，難以建立準(zhǔn)確的過程模型，采用傳統(tǒng)的控制手段難以達到滿意的效果。本文針對以上問題開展深入研究，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下：
　　 (1)煤氣混合加壓過程的解耦控制結(jié)構(gòu)
　　 基于煤氣混合加壓過程的工藝機理，以及生產(chǎn)過程的運行數(shù)據(jù)，分析了混合煤氣熱值和壓力波動的原因及過程操作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)之間的規(guī)律，結(jié)合實際工業(yè)生產(chǎn)中煤氣混合加壓過程的控制要求，提出包含煤氣混合過程熱值

3、和壓力解耦控制回路、煤氣加壓過程壓力控制回路兩個部分的煤氣混合加壓過程解耦控制設(shè)計方案。
　　 (2)基于子空間辨識的煤氣混合過程建模方法
　　 針對高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣混合過程的強耦合特性，提出一種基于子空間辨識的過程狀態(tài)與輸出關(guān)系建模方法。以蝶閥前的焦?fàn)t煤氣壓力和流量、高爐煤氣壓力和流量為過程狀態(tài)，混合煤氣熱值和壓力為輸出，應(yīng)用子空間辨識建立煤氣混合過程系統(tǒng)模型。辨識結(jié)果表明，所提出的子空間辨識方法能有效辨識煤氣混合加

4、壓過程的動態(tài)模型，過程模型得到的輸出能夠與過程實際輸出相吻合，具有較高的辨識精度。
　　 (3)煤氣混合加壓過程的智能解耦控制策略
　　 針對具有強耦合、非線性、強干擾、不確定性等特點的煤氣混合加壓過程，分別提出煤氣混合過程的模糊補償解耦控制方法、煤氣加壓過程的二自由度專家控制方法。
　　 針對煤氣混合過程熱值和壓力的變化特性，設(shè)計基于性能反饋的熱值和壓力直接自適應(yīng)模糊控制器。通過求解過程的子空間辨識模型，分析混

5、合煤氣熱值和壓力變化時的耦合關(guān)系，設(shè)計熱值、壓力模糊控制器對它們之間的耦合影響進行補償，并基于生產(chǎn)過程中操作人員的操作經(jīng)驗設(shè)計專家控制器，從而得出高爐煤氣閥門、焦?fàn)t煤氣閥門控制量。針對煤氣加壓過程的特性，提出二自由度專家控制。采用前饋控制與反饋控制相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)，考慮氣源管壓及加壓機后壓力波動為影響煤氣加壓過程的干擾因素，在加壓機后壓力反饋專家控制的基礎(chǔ)上，設(shè)計了煤氣加壓過程壓力前饋專家控制器，有效保證了混合煤氣壓力值的穩(wěn)定。

6、　　 (4)煤氣混合加壓智能解耦控制系統(tǒng)的實現(xiàn)與應(yīng)用
　　 根據(jù)生產(chǎn)過程的控制要求，設(shè)計了一個采用過程級和操作級的兩級分布式控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，基于VC++開發(fā)了智能解耦控制軟件。針對應(yīng)用軟件與集散控制系統(tǒng)的信息交換，利用OPC技術(shù)和ATL技術(shù)，實現(xiàn)智能控制算法軟件與集散控制系統(tǒng)的無縫連接，有效控制混合煤氣熱值和壓力。
　　 仿真實驗以及實際工業(yè)運行效果表明了論文針對煤氣混合加壓過程開展的子空間辨識建模、智能解耦控制策略以及