煤气混合过程的智能解耦控制算法及其应用研究

摘要

在钢铁企业中，一些设备如高炉、焦炉和转炉都会生成副产品——煤气。煤气混合过程即为回收利用这些副产煤气，不仅节约能源，而且降低了环境污染，是钢铁生产的重要环节。混合煤气热值和压力稳定与否，影响到煤气质量、设备寿命、生产环境以及钢铁生产的质量和产量。因此研究煤气混合过程控制对钢铁工业生产有着重要的意义。 煤气混合过程是一个高度复杂的工业过程，具有多变量强耦合、非线性、不确定性、时变、难以建立数学模型等控制难点。本文在充分分析煤气混合过程的特点和控制难点的基础上，提出一种智能集成解耦控制算法，通过融合模糊控制算法、专家控制算法、智能解耦算法先进技术进行设计，逐层实现解耦。 首先，针对煤气混合过程单变量的变化特性，选择“粗调”或“精调”模糊控制器，并利用专家控制算法对特殊工况条件下的模糊控制输出作适当调整；同时采用前馈专家控制算法，对大扰动进行补偿。然后，采用模糊解耦控制算法实现煤气混合过程的多变量之间的解耦。本文在总结操作人员的经验，分析煤气混合过程特性和蝶阀属性的基础上，采用基于专家规则的模糊解耦控制算法，克服回路间的相互干扰，近似地将多变量过程分解为独立的单输入单输出过程。最后，设计了蝶阀控制器。通过分析蝶阀属性，推导蝶阀并联、串联的相对增益矩阵，给煤气热值压力解耦控制规则的设计、高阀增量与焦阀增量在两道阀门上的分配提供了理论依据；另外，根据蝶阀的流量特性曲线设计了蝶阀专家控制器，提高了控制品质。 控制算法在某钢铁公司的两类煤气混合过程中得到了实际应用。运行结果表明，算法具有简便、易行、可靠、易扩充及抗干扰能力强等优点，在控制对象的数学模型难以确定的情况下，实现了焦炉、高炉混和煤气热值与压力，以及多座焦炉集气管压力的稳定，创造了显著的经济效益和社会效益，同时大大减轻了工人的劳动强度，为煤气混合过程的解耦控制提供了一种有效的途径。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究目标与研究内容

1.4论文构成

第二章煤气混合过程的智能解耦控制结构

2.1煤气混合过程描述

2.1.1高炉、焦炉煤气混合加压过程

2.1.2多座焦炉煤气集气过程

2.2控制对象分析

2.2.1煤气混合过程控制的问题与难点

2.2.2煤气混合过程控制要求

2.3智能解耦控制结构

2.4智能解耦控制基本思想

2.5小结

第三章智能集成解耦控制算法设计

3.1控制算法总体设计

3.2单回路控制算法

3.2.1模糊控制算法

3.2.2专家控制算法

3.3.3前馈补偿控制算法

3.3模糊解耦控制算法

3.3.1模糊解耦理论

3.3.2解耦模糊控制算法的设计

3.4蝶阀控制器的设计

3.4.1蝶阀并联的相对增益矩阵

3.4.2蝶阀串联的相对增益矩阵

3.4.3蝶阀专家控制

3.5小结

第四章算法实现与工业应用

4.1高炉、焦炉煤气混合加压过程的智能解耦控制

4.1.1系统整体框架

4.1.2控制软件结构

4.1.3控制算法实现

4.1.4控制效果及分析

4.2多座焦炉集气管压力的智能解耦控制

4.2.1系统整体框架

4.2.2控制软件结构

4.2.3控制算法实现

4.2.4运行结果与分析

4.3小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果