智能控制与进化计算在燃气梭式窑中应用的研究

摘要

本论文对无机材料行业燃气梭式窑的烧成工艺、控制系统、窑炉结构作了相关分析,讨论了由此对耐火材料或陶瓷制品的微结构、性能、质量及成品率的影响,并对目前梭式窑所采用的研究方法、数学模型、控制算法作了相关概述。文中采用计算机数值模拟方法,就目前存在的温区耦合、自控困难、温度场紊乱、热效率低等几个主要问题作了重点研究,得出燃气梭式窑烧成需要引入调温风,并从工艺和控制的角度论证了引入调温风的合理性;根据梭式窑烧成的热平衡分析,指出整个烧成周期采用固定空燃比来控制煅烧的缺陷性;对窑炉压力气氛等热工状态研究发现,梭式窑顶部排烟会造成温度场不均匀等弊端。通过对某一具体燃气梭式窑所采集的大量现场数据的聚类分析,发掘典型特征数据来训练梭式窑人工神经网络智能模型,在建立了烟气氧含量软测量模型、燃气流量预测模型等智能模型的基础上,利用遗传算法来大规模搜索空燃比,使升温阶段空燃比随着窑炉状况和设定曲线自行优化,有望进一步提高了窑炉热效率,并针对各个温区采用自适应神经网络模糊控制技术来实现模糊控制规则的自学习生成,可避免传统PID控制在梭式窑系统上的不适应性。模拟结果也表明在大惯性、强耦合、无精确数学模型的梭式窑系统中采用人工智能算法的可能性。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 引言

第二章 文献综述

2．1 热工制度与制品微结构的关系

2．1．1 温度制度对产品的性能影响

2．1．2 窑内压力与制品品质的关系

2．1．3 气氛对制品烧成的制约

2．2 目前我国燃气梭式窑的烧成工艺状况

2．3 燃气梭式窑热工参数的控制

2．3．1 温度控制

2．3．2 压力控制

2．3．3 气氛控制

2．4 燃气梭式窑的控制算法

2．4．1 PID控制

2．4．2 模糊控制

2．4．3 软计算与人工智能控制

第三章 燃气梭式窑数学模型

3．1 梭式窑的结构特点

3．2 燃气梭式窑系统解析数学模型确定的困难

3．2．1 烧成工艺需按设定烧成曲线时变控制

3．2．2 温度对象滞后性和大惯性

3．2．3 温区划分合理性

3．2．4 系统参数耦合严重

3．3 燃气梭式窑研究中所涉及的相关模型

3．3．1 经典控制模型——过程传递函数

3．3．2 温区热平衡数学模型的建立

3．3．3 梭式窑系统人工神经网络模型智能模型的建立

3．4 本章小结

第四章 进化算法对梭式窑烧成空燃比的在线优化

4．1 空燃比是保证梭式窑动态烧成的关键

4．2 空燃比调整的常规算法

4．2．1 算法流程

4．2．2 算法仿真

4．2．3 结果分析

4．3 遗传算法对空燃比寻优的所需考虑的基本问题

4．3．1 以窑炉神经网络智能模型为载体

4．3．2 以窑炉温度和温度变化率为适应度函数

4．3．3 空燃比的编码和遗传操作

4．4 遗传算法对空燃比的大规模寻优

4．4．1 遗传算法对空燃比寻优的算法流程

4．4．2 遗传算法对空燃比寻优的实现的准备

4．5 遗传算法对空燃比寻优的仿真与结果分析

4．5．1 仿真步骤

4．5．2 仿真结果分析

4．6 对遗传算法对梭式窑空燃比寻优的实现应该注意采取的措施

4．7 本章小结

第五章 模糊控制规则在梭式窑烧成控制的自适应获取

5．1 梭式窑系统模糊控制规则的重要性

5．2 模糊控制规则的获取方式

5．3 模糊控制规则自适应获取的实现

5．3．1 模糊控制规则自适应获取需要的工具

5．3．2 ANFIS自学习生成模糊控制规则

5．3．3 仿真结果讨论

5．4 自适应神经网络生成梭式窑模糊控制系统的仿真及其结果分析

5．4．1 仿真步骤

5．4．2 验证结果分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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