新干法水泥预分解系统分层模糊建模研究

摘要

作为新型干法水泥生产过程仿真与操作培训系统的必要工作内容,必须建立水泥熟料生产系统各部分的模型。新干法水泥预分解系统具有多输入变量、大滞后、大惯性和不确定等复杂的特性,在长期的建模研究中学者们发现很难对其进行精确的数学建模,这也导致了在传统的控制理论下很难获得一个更加优秀的控制效果。模糊推理系统因其具有的“万能逼近性”,在建模应用领域取得了许多成功,但是在面对新干法水泥预分解系统这种多变量复杂系统建模时不可避免地需要解决“维数灾”问题。本文针对新干法水泥预分解系统的工艺特征和控制特征,提出了应用分层模糊方法对其进行建模研究的理念,在对预分解系统压力和温度两方面进行建模时分别提出了两种分层模糊建模方案,有效地解决了模糊系统建模中出现的“维数灾”问题,成功建立了具有良好逼近性能的具有动态特性的新干法水泥预分解系统分层模糊模型。
　　 1.在新干法水泥预分解系统压力建模过程中,本文提出了一种“增一型”分层模糊模型,并且给出了完整的模型建立实现方案步骤。该方案首先使用灰色关联度方法对输入变量和输出变量进行关联度分析,获得输入变量重要性排序,进而得到系统的静态分层模糊模型；然后再次使用灰色关联度法对系统输出变量历史值与当前输出值信息进行关联度分析,并将历史信息合理引入静态分层模糊模型中而获得一个具有动态特性的分层模糊模型。该方案获得的模型误差由静态模型的158.103Pa降低到57.8285Pa,而且模型引入了历史信息,具有动态性,经过测试模型误差约为5％,模型具有良好的泛化能力。
　　 2.在新干法水泥预分解系统温度建模过程中,针对压力建模中提出的建模方案所存在的模糊模型同实际生产工艺操作结合不足的缺点,对分层模糊建模进行了新的尝试。主要方向是引入一些符合专家经验、工艺特征的输入量组合方式。通过大量的实验,最终获得了一种“混合型”结构的分层模糊模型。在该模型中,不仅考虑了输入变量和输出变量之间的关联性分析,也考虑到系统在实际运行中存在的操作组合方式,针对方案一中对各个输入变量之间的工艺联系、人工操作经验等一定程度的忽略的问题进行尝试性探索。最终的模型训练的结果和模型测试的结果证明了该方案也取得了令人满意的效果。TSD型分解炉温度分层模糊模型的训练误差降低到4.66℃,测试误差率约为3％左右,依然具有动态特性,符合新型干法水泥生产过程仿真与操作培训系统的建模需求。