一種變換爐系統(tǒng)的爐溫自學(xué)習(xí)控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，該方法包括依次執(zhí)行的如下步驟：采集變換爐在某段時(shí)間內(nèi)的輸入數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)，構(gòu)建一個(gè)基于數(shù)據(jù)的變換爐系統(tǒng)爐溫模型，該模型利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建變換爐系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，用于確定變換爐爐溫變化情況；根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)，利用三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建參考控制模型，用于確定變換爐系統(tǒng)輸入?yún)⒖剂?；將?gòu)建的帶有變換爐系統(tǒng)爐溫模型誤差和參考控制模型誤差的最優(yōu)跟蹤控制問題，利用系統(tǒng)變換轉(zhuǎn)化為最優(yōu)調(diào)節(jié)器問題；基于迭代自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃最優(yōu)控制方法，求解最優(yōu)控制的函數(shù)，最終獲得系統(tǒng)的最優(yōu)控制。本發(fā)明能夠高效、實(shí)時(shí)、最優(yōu)化控制變換爐溫度，實(shí)現(xiàn)變換爐系統(tǒng)最優(yōu)化運(yùn)行。
【專利說明】一種變換爐系統(tǒng)的爐溫自學(xué)習(xí)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于變換爐【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及變換爐的爐溫控制方法，特別是一種通過變換爐系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)變換爐爐溫進(jìn)行自學(xué)習(xí)最優(yōu)控制的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]變換爐是一種重要的化工設(shè)備，是煤氣化制甲醇、煤變換聯(lián)合循環(huán)發(fā)電等系統(tǒng)中變換工序的核心設(shè)備。變換爐以來自水煤漿制氣工序的水煤氣為原料，利用催化劑提高變換反應(yīng)速率將水煤氣中的CO和H2O轉(zhuǎn)化為CO2和H2。其工作過程簡(jiǎn)述如下:來自氣化工序的水煤氣分為兩股進(jìn)入變換爐，一股是經(jīng)中溫?fù)Q熱器，預(yù)熱后進(jìn)入變換爐上段，另一股是作為激冷氣直接進(jìn)入變換爐中段，氣體在變換爐內(nèi)發(fā)生變換反應(yīng)，COS水解反應(yīng)等一系列復(fù)雜物理化學(xué)過程，最終生成甲醇合成工序所需的具有合適氫碳比的生成氣。
[0003]變換爐具有工藝流程復(fù)雜、設(shè)備龐大、反應(yīng)滯后、耦合嚴(yán)重等特點(diǎn)。一方面通過變換的主要工作機(jī)理分析變換爐的工作動(dòng)態(tài)，另一方面要根據(jù)變換爐運(yùn)行特性對(duì)變換爐溫度等重要參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)調(diào)控，優(yōu)化變換爐運(yùn)行，提高變換爐系統(tǒng)運(yùn)行效率并避免不必要的事故發(fā)生。然而在實(shí)際生產(chǎn)過程中，變換爐設(shè)備龐大，爐內(nèi)溫度高，反應(yīng)劇烈以及時(shí)滯現(xiàn)象嚴(yán)重等使得變換爐的數(shù)學(xué)機(jī)理模型難以建立，這給變換爐系統(tǒng)優(yōu)化與控制帶來極大的困難。在變換爐系統(tǒng)每日運(yùn)行過程中都會(huì)存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，因此基于變換爐系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)一套有效的最優(yōu)控制方案，使得變換爐系統(tǒng)能夠智能調(diào)控在最優(yōu)工作狀態(tài)是變換爐控制技術(shù)發(fā)展亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一 )要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是利用變換爐系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建變換爐系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型以及參考控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，采用基于自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法，最優(yōu)化控制變換爐的爐溫工作狀態(tài)。
[0006]( 二 )技術(shù)方案
[0007]基于變換系統(tǒng)生產(chǎn)過程的運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論，構(gòu)建變換爐系統(tǒng)爐溫控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、以及參考控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，綜合考慮建模誤差，采用迭代自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法獲得系統(tǒng)最優(yōu)控制方案，實(shí)現(xiàn)變換爐系統(tǒng)溫度最優(yōu)化運(yùn)行。
[0008]具體來說，本發(fā)明提出一種變換爐系統(tǒng)的爐溫自學(xué)習(xí)控制方法，其包括:
[0009]S1、根據(jù)變換爐系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)三層反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)爐溫控制模型，該爐溫控制模型的輸入為當(dāng)前時(shí)刻原料中CO、CO2, H2和H2O的輸入流量，輸出為當(dāng)前時(shí)刻生成物中CO、C02、H2和H2O的輸出流量，狀態(tài)參數(shù)為當(dāng)前時(shí)刻與下一時(shí)刻變換爐的爐溫；
[0010]S2、根據(jù)所述變換爐系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)三層反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參考控制模型，該參考控制模型的輸入為當(dāng)前時(shí)刻爐溫和下一時(shí)刻的爐溫，輸出為當(dāng)前時(shí)刻原料中CO、CO2、H2和H2O的輸入流量；[0011]S3、將當(dāng)前實(shí)際爐溫與額定爐溫之間的差作為系統(tǒng)狀態(tài)誤差，將當(dāng)前實(shí)際輸入流量和額定輸入流量之間的差作為輸入流量控制誤差，根據(jù)所述爐溫模型和參考控制模型，得到與輸入流量控制誤差相關(guān)的爐溫誤差函數(shù)；
[0012]S4、基于迭代自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃最優(yōu)控制方法，根據(jù)所述爐溫誤差函數(shù)求解出最優(yōu)輸入流量控制誤差函數(shù)，獲得最優(yōu)的變換爐爐溫控制輸入量。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，在步驟SI中構(gòu)建的所述爐溫控制模型表示為:
[0014],，
【權(quán)利要求】
1.一種變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，所述變換爐用于將原料中的CO和H2O轉(zhuǎn)化為CO2和H2，其中所述方法包括: 51、根據(jù)變換爐系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)三層反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)爐溫控制模型，該爐溫控制模型的輸入為當(dāng)前時(shí)刻原料中C0、C02、H2和H2O的輸入流量，輸出為當(dāng)前時(shí)刻生成物中CO、C02、H2和H2O的輸出流量，狀態(tài)參數(shù)為當(dāng)前時(shí)刻與下一時(shí)刻變換爐的爐溫； 52、根據(jù)所述變換爐系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建一個(gè)三層反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參考控制模型，該參考控制模型的輸入為當(dāng)前時(shí)刻爐溫和下一時(shí)刻的爐溫，輸出為當(dāng)前時(shí)刻原料中CO、CO2、H2和H2O的輸入流量； 53、將當(dāng)前實(shí)際爐溫與額定爐溫之間的差作為系統(tǒng)狀態(tài)誤差，將當(dāng)前實(shí)際輸入流量和額定輸入流量之間的差作為輸入流量控制誤差，根據(jù)所述爐溫模型和參考控制模型，得到與輸入流量控制誤差相關(guān)的爐溫誤差函數(shù)； 54、基于迭代自適應(yīng)動(dòng)態(tài)規(guī)劃最優(yōu)控制方法，根據(jù)所述爐溫誤差函數(shù)求解出最優(yōu)輸入流量控制誤差函數(shù)，獲得最優(yōu)的變換爐爐溫控制輸入量。
2.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于，在步驟SI中構(gòu)建的所述爐溫控制模型表示為:
3.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于，在步驟SI中所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值(k)和認(rèn))通過如下訓(xùn)練更新得到:
4.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于，在步驟S2中所述參考控制模型如下所示:

5.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于， 在步驟S2中所述參考控制模型權(quán)值更新如下: #
6.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于，在步驟S3中轉(zhuǎn)化后的變換爐爐溫使用如下所示的誤差函數(shù)e(k)表示:

7.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于，在步驟S4中所建立的求解最優(yōu)控制的函數(shù)如下所示:
8.如權(quán)利要求1所述的變換爐系統(tǒng)的爐溫控制方法，其特征在于，在步驟S4中所建立的最優(yōu)控制的函數(shù)如下求解: 步驟S4-1、令i=0，對(duì)Vii(幻，給定容許控制μ (e(k))，定義初始迭代性能指標(biāo)函數(shù):

【文檔編號(hào)】G05B13/00GK103645633SQ201310728066
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】劉德榮, 魏慶來, 李超, 徐延才 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所