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。 【关键词】：煤气混合过程 解耦控制 模糊控制 专家控制 前馈补偿控制
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP13
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.3 研究目标与研究内容12-13
• 1.4 论文构成13-14
• 第二章 煤气混合过程的智能解耦控制结构14-24
• 2.1 煤气混合过程描述14-19
• 2.1.1 高炉、焦炉煤气混合加压过程14-17
• 2.1.2 多座焦炉煤气集气过程17-19
• 2.2 控制对象分析19-21
• 2.2.1 煤气混合过程控制的问题与难点19-20
• 2.2.2 煤气混合过程控制要求20-21
• 2.3 智能解耦控制结构21-22
• 2.4 智能解耦控制基本思想22-23
• 2.5 小结23-24
• 第三章 智能集成解耦控制算法设计24-45
• 3.1 控制算法总体设计24-25
• 3.2 单回路控制算法25-33
• 3.2.1 模糊控制算法26-30
• 3.2.2 专家控制算法30-31
• 3.2.3 前馈补偿控制算法31-33
• 3.3 模糊解耦控制算法33-37
• 3.3.1 模糊解耦理论33-34
• 3.3.2 解耦模糊控制算法的设计34-37
• 3.4 蝶阀控制器的设计37-43
• 3.4.1 蝶阀并联的相对增益矩阵38-40
• 3.4.2 蝶阀串联的相对增益矩阵40-42
• 3.4.3 蝶阀专家控制42-43
• 3.5 小结43-45
• 第四章 算法实现与工业应用45-59
• 4.1 高炉、焦炉煤气混合加压过程的智能解耦控制45-52
• 4.1.1 系统整体框架45-47
• 4.1.2 控制软件结构47-48
• 4.1.3 控制算法实现48-50
• 4.1.4 控制效果及分析50-52
• 4.2 多座焦炉集气管压力的智能解耦控制52-58
• 4.2.1 系统整体框架52-53
• 4.2.2 控制软件结构53-55
• 4.2.3 控制算法实现55
• 4.2.4 运行结果与分析55-58
• 4.3 小结58-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 攻读学位期间主要的研究成果66

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