基于T--S模型的焦炉集气管压力双模预测控制方法研究

摘要

焦炭是冶金工业炼铁的主要原料，在炼焦生产过程中同时伴随产生大量的副产品—荒煤气。集气过程中有效回收利用荒煤气，不仅节约能源，而且减少环境污染，是钢铁生产的重要环节。焦炉集气管压力是炼焦生产中的重要参数，它的稳定性直接影响着焦炭质量、焦炉的使用寿命以及企业的效益。由于集气管压力系统是一个多变量、非线性、强耦合的复杂系统，传统的控制方法难以达到理想的控制效果，目前钢铁厂还是大多数采用PID和现场操作人员手动调节相结合的方法，智能程度较低，存在产品质量不稳定，能源消耗高等问题，因此研究焦炉集气管压力系统的建模和控制方法具有重要的意义。
　　本文首先分析焦炉集气工艺过程，在研究影响焦炉压力稳定因素的基础上，运用T-S模糊建模方法对集气过程进行建模，建立焦炉集气管压力系统的非线性模型，利用模糊C-均值聚类算法和最小二乘法分别辨识前后件的结构和参数。进一步将该模型转化为线性时变状态空间模型运用于后续的控制算法中。
　　然后针对线性时变系统提出了一种基于椭圆不变集的双模预测控制方法。首先不考虑系统受限，设计最优控制律和终端不变集;然后针对系统受限引入辅助控制变量，控制律的求解可以转化为二阶锥规划问题，从而实现对集气管压力的控制。这种方法通过在最优控制的基础上增加补偿量，以此扩大可行不变集的范围，既保证了系统的可行性，也提高了系统的稳定性能。
　　最后，本文设计了焦炉集气管压力的控制系统，仿真研究表明，双模预测方法具有快速调节性，能够将集气管压力稳定在工艺范围内，控制效果良好。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外焦炉集气管压力建模研究现状

1．2．2 国内外焦炉集气管压力控制研究现状

1．3 预测控制的发展历史

1．4 本文主要工作

第2章 焦炉集气管压力系统

2．1 焦炉集气管压力系统概述

2．1．1 炼焦工艺过程

2．1．2 集气管基本组成

2．2 焦炉集气管压力系统分析

2．2．1 影响集气管压力的因素分析

2．2．2 集气管压力的控制要求

2．3 本章小结

第3章 焦炉集气管压力的T-S模糊建模

3．1 T-S模糊模型

3．1．1 T-S模糊模型的定义

3．1．2 T-S模糊模型辨识算法

3．2 基于模糊C-均值聚类算法的前件参数与结构辨识

3．2．1 模糊C-均值聚类算法

3．2．2 模糊C-均值聚类算法辨识前件参数与结构

3．2 最小二乘法辨识后件参数

3．2．1 最小二乘法

3．2．2 最小二乘法辨识后件参数

3．3 T-S模糊模型的转换

3．4 焦炉集气管压力系统的T-S建模

3．5 本章小结

第4章 焦炉集气管压力的双模预测控制

4．1 预备知识

4．1．1 线性矩阵不等式

4．1．2 Schur补引理

4．1．3 几个典型的LMI问题

4．2 预测控制的基本理念

4．3 基于状态空间模型的MPC

4．4 基于椭圆不变集的双模MPC

4．4．1 不变集

4．4．2 多胞模型描述

4．4．4 局部镇定器和终端约束集

4．4．4 带有自由变量的控制器和可行不变集

4．4．5 仿真验证

4．5 本章小结

第5章 仿真研究

5．1 焦炉集气管压力控制系统设计

5．2 焦炉集气管压力系统的双模预测控制

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 本文总结

6．2 展望

参考文献

致谢