多焦炉集气管压力系统预测控制策略研究与实现

摘要

焦炭是钢铁行业的重要原料,炼焦环节就成为了钢铁行业的重要组成部分。炼焦过程的主要副产品是荒煤气,对荒煤气的收集过程(集气过程)关系到炼焦系统稳定、焦炭质量和设备寿命等重要因素。集气管压力是标志集气过程乃至整个炼焦环节运行是否平稳的重要技术指标,因此研究焦炉集气过程的压力控制方案对钢铁工业有着重要意义。
　　一般焦化厂的布局都是多座焦炉不对称排列连接,多焦炉的集气过程(称为多焦炉集气管压力系统)是一个复杂的工业过程,具有多变量、受约束、强耦合、不对称和非线性等特点。
　　预测控制算法正是处理这类复杂工业过程的先进控制算法,并且已经在工业过程中取得了成功和成熟的应用。因此,本文将预测控制算法引入多焦炉集气管压力系统,在分析系统特性基础上,建立了系统的简化模型,研究、仿真并实现了系统预测控制策略。本文主要工作如下:
　　1)实现了多焦炉集气管压力系统建模及仿真软件。通过分析系统特性,利用系统机理模型,使用Matlab/Simulink工具搭建了模块化的仿真环境;为满足预测控制算法对模型的需求,提出和采用了一种模型简化的方法;在此基础上编写实现了多焦炉集气管压力系统建模及仿真软件。
　　2)多焦炉集气管压力系统预测控制策略研究。通过分析,本文采用了基于增广状态空间模型和带前馈反馈控制结构的预测控制算法,通过仿真及与PID控制的对比验证了所选控制策略的有效性。
　　3)设计和实现了预测控制算法通用仿真平台。将预测控制算法引入实际的多焦炉集气管压力系统之前,需要验证算法的可行性和有效性,同时为了满足更一般的预测控制算法仿真需求,本文实现了预测控制算法的通用仿真平台,并通过对多种常用预测控制算法形式的仿真示例验证了平台的处理能力。
　　4)实现了多焦炉集气管压力优化控制系统优化从站软件。本文所设计的预测控制策略将作为一个实现优化控制功能的从站加入到新华公司的多焦炉集气管压力优化控制系统,文章实现了该从站上运行的软件。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3模型预测控制算法介绍

1.4本文的主要内容与章节安排

第二章 多焦炉集气管压力系统建模

2.1系统分析与机理建模

2.2基于Matlab/Simulink的模块化仿真环境搭建

2.3机理模型简化方法

2.4多焦炉集气管压力系统建模及仿真软件编写

2.5本章小结

第三章 多焦炉集气管压力系统预测控制策略研究

3.1预测控制问题的描述与设计

3.2前馈策略的加入

3.3仿真结果与对比分析

3.4本章小结

第四章 预测控制算法通用仿真平台的设计与实现

4.1仿真平台设计原则与思路

4.2预测控制算法的统一形式

4.3仿真平台的实现

4.4示例分析

4.5本章小结

第五章 控制系统优化从站软件实现

5.1软件需求

5.2软件设计、实现与测试

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文研究内容

6.2未来研究展望

参 考 文 献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文专利