煤氣混合過程的智能解耦控制算法及其應(yīng)用研究

【摘要】： 在鋼鐵企業(yè)中，一些設(shè)備如高爐、焦?fàn)t和轉(zhuǎn)爐都會(huì)生成副產(chǎn)品——煤氣。煤氣混合過程即為回收利用這些副產(chǎn)煤氣，不僅節(jié)約能源，而且降低了環(huán)境污染，是鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。混合煤氣熱值和壓力穩(wěn)定與否，影響到煤氣質(zhì)量、設(shè)備壽命、生產(chǎn)環(huán)境以及鋼鐵生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。因此研究煤氣混合過程控制對(duì)鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義。 煤氣混合過程是一個(gè)高度復(fù)雜的工業(yè)過程，具有多變量強(qiáng)耦合、非線性、不確定性、時(shí)變、難以建立數(shù)學(xué)模型等控制難點(diǎn)。本文在充分分析煤氣混合過程的特點(diǎn)和控制難點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出一種智能集成解耦控制算法，通過融合模糊控制算法、專家控制算法、智能解耦算法先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，逐層實(shí)現(xiàn)解耦。 首先，針對(duì)煤氣混合過程單變量的變化特性，選擇“粗調(diào)”或“精調(diào)”模糊控制器，并利用專家控制算法對(duì)特殊工況條件下的模糊控制輸出作適當(dāng)調(diào)整；同時(shí)采用前饋專家控制算法，對(duì)大擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。然后，采用模糊解耦控制算法實(shí)現(xiàn)煤氣混合過程的多變量之間的解耦。本文在總結(jié)操作人員的經(jīng)驗(yàn)，分析煤氣混合過程特性和蝶閥屬性的基礎(chǔ)上，采用基于專家規(guī)則的模糊解耦控制算法，克服回路間的相互干擾，近似地將多變量過程分解為獨(dú)立的單輸入單輸出過程。最后，設(shè)計(jì)了蝶閥控制器。通過分析蝶閥屬性，推導(dǎo)蝶閥并聯(lián)、串聯(lián)的相對(duì)增益矩陣，給煤氣熱值壓力解耦控制規(guī)則的設(shè)計(jì)、高閥增量與焦閥增量在兩道閥門上的分配提供了理論依據(jù)；另外，根據(jù)蝶閥的流量特性曲線設(shè)計(jì)了蝶閥專家控制器，提高了控制品質(zhì)。 控制算法在某鋼鐵公司的兩類煤氣混合過程中得到了實(shí)際應(yīng)用。運(yùn)行結(jié)果表明，算法具有簡(jiǎn)便、易行、可靠、易擴(kuò)充及抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在控制對(duì)象的數(shù)學(xué)模型難以確定的情況下，實(shí)現(xiàn)了焦?fàn)t、高爐混和煤氣熱值與壓力，以及多座焦?fàn)t集氣管壓力的穩(wěn)定，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，同時(shí)大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，為煤氣混合過程的解耦控制提供了一種有效的途徑。 【關(guān)鍵詞】：煤氣混合過程 解耦控制 模糊控制 專家控制 前饋補(bǔ)償控制
【學(xué)位授予單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TP13
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究背景及意義8-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 研究目標(biāo)與研究?jī)?nèi)容12-13
• 1.4 論文構(gòu)成13-14
• 第二章 煤氣混合過程的智能解耦控制結(jié)構(gòu)14-24
• 2.1 煤氣混合過程描述14-19
• 2.1.1 高爐、焦?fàn)t煤氣混合加壓過程14-17
• 2.1.2 多座焦?fàn)t煤氣集氣過程17-19
• 2.2 控制對(duì)象分析19-21
• 2.2.1 煤氣混合過程控制的問題與難點(diǎn)19-20
• 2.2.2 煤氣混合過程控制要求20-21
• 2.3 智能解耦控制結(jié)構(gòu)21-22
• 2.4 智能解耦控制基本思想22-23
• 2.5 小結(jié)23-24
• 第三章 智能集成解耦控制算法設(shè)計(jì)24-45
• 3.1 控制算法總體設(shè)計(jì)24-25
• 3.2 單回路控制算法25-33
• 3.2.1 模糊控制算法26-30
• 3.2.2 專家控制算法30-31
• 3.2.3 前饋補(bǔ)償控制算法31-33
• 3.3 模糊解耦控制算法33-37
• 3.3.1 模糊解耦理論33-34
• 3.3.2 解耦模糊控制算法的設(shè)計(jì)34-37
• 3.4 蝶閥控制器的設(shè)計(jì)37-43
• 3.4.1 蝶閥并聯(lián)的相對(duì)增益矩陣38-40
• 3.4.2 蝶閥串聯(lián)的相對(duì)增益矩陣40-42
• 3.4.3 蝶閥專家控制42-43
• 3.5 小結(jié)43-45
• 第四章 算法實(shí)現(xiàn)與工業(yè)應(yīng)用45-59
• 4.1 高爐、焦?fàn)t煤氣混合加壓過程的智能解耦控制45-52
• 4.1.1 系統(tǒng)整體框架45-47
• 4.1.2 控制軟件結(jié)構(gòu)47-48
• 4.1.3 控制算法實(shí)現(xiàn)48-50
• 4.1.4 控制效果及分析50-52
• 4.2 多座焦?fàn)t集氣管壓力的智能解耦控制52-58
• 4.2.1 系統(tǒng)整體框架52-53
• 4.2.2 控制軟件結(jié)構(gòu)53-55
• 4.2.3 控制算法實(shí)現(xiàn)55
• 4.2.4 運(yùn)行結(jié)果與分析55-58
• 4.3 小結(jié)58-59
• 第五章 結(jié)論與展望59-61
• 5.1 結(jié)論59-60
• 5.2 展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65-66
• 攻讀學(xué)位期間主要的研究成果66

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