專利名稱：基于模糊智能控制和最優(yōu)化方法的預(yù)粉磨系統(tǒng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)自動控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于模糊智能控制和最優(yōu)化方法的預(yù)粉磨系統(tǒng)控制方法。
背景技術(shù)：
水泥生產(chǎn)過程是一個復(fù)雜的物理化學(xué)過程，雖然生產(chǎn)工藝在不斷發(fā)展，從立窯、中空窯、濕法窯、預(yù)熱器窯到現(xiàn)在的新型干法窯(預(yù)熱器帶窯外分解)，生產(chǎn)的總體過程沒有變化，即兩磨一窯(原料磨系統(tǒng)、水泥窯系統(tǒng)、水泥磨系統(tǒng))。其中預(yù)粉磨過程是水泥生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，因其具有大滯后、非線性、強(qiáng)耦合等特點，一直以來都是水泥過程控制中的重點和難點問題。目前，國內(nèi)水泥生產(chǎn)企業(yè)預(yù)粉磨過程大多還處在人工操作階段，因此如何采用有效的方式實現(xiàn)預(yù)粉磨過程自動控制，提高自動控制水平，降低生產(chǎn)能耗提高能效，減小人工勞動強(qiáng)度成為了一個亟待解決的問題。目前被廣泛應(yīng)用的先進(jìn)控制策略主要是模糊控制和預(yù)測控制。模糊控制是智能控制的一個非常重要的研究領(lǐng)域，其數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是模糊集合理論。 模糊邏輯和模糊數(shù)學(xué)雖然只有短短的幾十年的歷史，但是其理論和應(yīng)用的研究已經(jīng)取得了豐碩的成果。尤其是在自動控制領(lǐng)域的成功應(yīng)用，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。自從1947年英國的Mamdani首次將模糊邏輯用于蒸汽機(jī)的控制后，模糊控制在工業(yè)過程控制、機(jī)器人、交通運(yùn)輸方面得到了廣泛而卓有成效的應(yīng)用。與傳統(tǒng)的控制方法，如PID控制相比，模糊控制利用人類專家控制經(jīng)驗，對于非線性、復(fù)雜對象的控制顯示了魯棒性好、控制性能高的優(yōu)點。預(yù)測控制被認(rèn)為是一種非常適合流程工業(yè)的優(yōu)化控制算法，對于復(fù)雜控制問題， 預(yù)測控制技術(shù)能夠取得比傳統(tǒng)控制方式更好的控制效果，并已得到廣泛的應(yīng)用。動態(tài)矩陣控制作為預(yù)測控制的一種，不但具有滾動優(yōu)化、反饋校正等預(yù)測控制的傳統(tǒng)特點，而且具有對模型要求較低、處理約束方便、魯棒性強(qiáng)等特性，非常適合預(yù)粉磨過程的滯后、非線性和強(qiáng)耦合等特點。動態(tài)矩陣控制(DMC)是20世紀(jì)80年代，Cutler和Ramaker提出來的，著重于再約束下優(yōu)化裝置運(yùn)行，對復(fù)雜工業(yè)過程的優(yōu)化控制產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于石油化工、造紙、冶金、食品等工業(yè)領(lǐng)域，獲得良好的控制效果。但該控制方法在水泥生產(chǎn)中的應(yīng)用發(fā)展較為緩慢。國內(nèi)相關(guān)研究較少，主要出于仿真和理論階段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有水泥預(yù)粉磨系統(tǒng)自動化水平低，能耗成本高等技術(shù)的不足，提供一種基于模糊智能控制和最優(yōu)化方法的預(yù)粉磨系統(tǒng)控制方法。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明提出了基于模糊智能控制和最優(yōu)化方法的預(yù)粉磨系統(tǒng)控制方法，包括對穩(wěn)流倉進(jìn)出料與自循環(huán)實現(xiàn)控制的穩(wěn)流倉倉重控制回路，以及對研磨系統(tǒng)進(jìn)出料與自循環(huán)實現(xiàn)控制的循環(huán)負(fù)荷控制回路；
所述穩(wěn)流倉倉重控制回路采用模糊智能控制，是以穩(wěn)流倉倉重值誤差和誤差變化量為模糊控制器的輸入量，以配料量為模糊控制器的輸出量，經(jīng)去模糊化和濾波處理后，作為具體的控制信號通過OPC接口寫入預(yù)粉磨系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)；所述循環(huán)負(fù)荷控制回路采用預(yù)測控制方法進(jìn)行控制，是以循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速值作為操作變量，選粉機(jī)電流值作為受控變量，經(jīng)濾波處理后，作為具體的控制信號通過OPC接口寫入預(yù)粉磨系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)。本發(fā)明中，所述穩(wěn)流倉倉重控制回路采用模糊智能控制，具體包括將穩(wěn)流倉重值誤差e，穩(wěn)流倉倉重誤差變化量Δ e和配料量U進(jìn)行模糊化處理和隸屬度函數(shù)確定；三個變量均采用三角形隸屬度函數(shù)，將三個變量分割為七個模糊論域；模糊智能控制器根據(jù)模糊規(guī)則表進(jìn)行模糊推理，然后采用加權(quán)平均法對配料量進(jìn)行去模糊化處理，得到具體控制信號。本發(fā)明中，所述循環(huán)負(fù)荷控制回路中，采用顯式的處理約束，操作變量和受控變量均滿足不等式組形式的約束條件，使得系統(tǒng)保持在最優(yōu)邊界附近運(yùn)行。本發(fā)明中，所述循環(huán)負(fù)荷控制回路采用預(yù)測控制方法進(jìn)行控制，具體包括步驟A、根據(jù)公式(1) (2) (3) (4) (5)獲得循環(huán)負(fù)荷控制回路的階躍響應(yīng)模型；B、根據(jù)選粉機(jī)電流的設(shè)定值S以及當(dāng)前時刻選粉機(jī)電流的實際值Y(k)獲得選粉機(jī)電流的參考軌跡Yd(k+i)，如公式(6)所示；C、根據(jù)公式式(6) (7)計算預(yù)測誤差；D、求解公式(8) (9)組成的二次優(yōu)化問題，獲得循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速值；所述公式為Yp (k) = Y0(k)+AAU(k)式中Yp (k) = [yp(k+l|k)yp(k+2|k)Y0 (k) = [y0(k+l|k)y0(k+2|k)Δ U (k) = [ Δ u (k) Δ u (k+1)..Yd(k+i) = λ JY(k) + (l-A OS,Yp(k+j) = Ym(k+j)+CE(k)E(k) = Y(k)-Ym(k)
權(quán)利要求
1.基于模糊智能控制和最優(yōu)化方法的預(yù)粉磨系統(tǒng)控制方法，包括對穩(wěn)流倉進(jìn)出料與自循環(huán)實現(xiàn)控制的穩(wěn)流倉倉重控制回路，以及對研磨系統(tǒng)進(jìn)出料與自循環(huán)實現(xiàn)控制的循環(huán)負(fù)荷控制回路；其特征在于所述穩(wěn)流倉倉重控制回路采用模糊智能控制，是以穩(wěn)流倉倉重值誤差和誤差變化量為模糊控制器的輸入量，以配料量為模糊控制器的輸出量，經(jīng)去模糊化和濾波處理后，作為具體的控制信號通過OPC接口寫入預(yù)粉磨系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)；所述循環(huán)負(fù)荷控制回路采用預(yù)測控制方法進(jìn)行控制，是以循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速值作為操作變量，選粉機(jī)電流值作為受控變量，經(jīng)濾波處理后，作為具體的控制信號通過OPC接口寫入預(yù)粉磨系統(tǒng)的DCS系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述穩(wěn)流倉倉重控制回路采用模糊智能控制，具體包括將穩(wěn)流倉重值誤差e，穩(wěn)流倉倉重誤差變化量Δ e和配料量u進(jìn)行模糊化處理和隸屬度函數(shù)確定；三個變量均采用三角形隸屬度函數(shù)，將三個變量分割為七個模糊論域；模糊智能控制器根據(jù)模糊規(guī)則表進(jìn)行模糊推理，然后采用加權(quán)平均法對配料量進(jìn)行去模糊化處理，得到具體控制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述循環(huán)負(fù)荷控制回路中，采用顯式的處理約束，操作變量和受控變量均滿足不等式組形式的約束條件，使得系統(tǒng)保持在最優(yōu)邊界附近運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述循環(huán)負(fù)荷控制回路采用預(yù)測控制方法進(jìn)行控制，具體包括步驟A、根據(jù)公式(1)(2) (3) (4) (5)獲得循環(huán)負(fù)荷控制回路的階躍響應(yīng)模型；B、根據(jù)選粉機(jī)電流的設(shè)定值S以及當(dāng)前時刻選粉機(jī)電流的實際值Y(k)獲得選粉機(jī)電流的參考軌跡Yd (k+i)，如公式(6)所示；C、根據(jù)公式式(6)(7)計算預(yù)測誤差；D、求解公式(8)(9)組成的二次優(yōu)化問題，獲得循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速值；所述公式為Yp (k) = Y0(k)+AAU(k) 式中
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述循環(huán)負(fù)荷控制回路中的階躍響應(yīng)模型為一灰箱模型，并采取變步長預(yù)測模型，通過增大循環(huán)風(fēng)機(jī)變頻轉(zhuǎn)速和選粉機(jī)電流的采樣步長，減少在線計算量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述循環(huán)負(fù)荷控制回路中采取反饋校正方法對預(yù)測模型進(jìn)行校正。
全文摘要
本發(fā)明涉及工業(yè)自動控制領(lǐng)域，旨在提供一種基于模糊智能控制和最優(yōu)化方法的預(yù)粉磨系統(tǒng)控制方法。該方法包括對穩(wěn)流倉進(jìn)出料與自循環(huán)實現(xiàn)控制的穩(wěn)流倉倉重控制回路，以及對研磨系統(tǒng)進(jìn)出料與自循環(huán)實現(xiàn)控制的循環(huán)負(fù)荷控制回路；穩(wěn)流倉倉重控制回路采用模糊智能控制，循環(huán)負(fù)荷控制回路采用預(yù)測控制方法進(jìn)行控制。本發(fā)明使得穩(wěn)流倉倉重平穩(wěn)的保持在安全范圍之內(nèi)，避免了強(qiáng)烈的震蕩；循環(huán)負(fù)荷控制回路采用的預(yù)測控制方法能夠有效處理預(yù)粉磨系統(tǒng)流程中的非線性、強(qiáng)耦合、多變量、大滯后等特性，并且能夠有效處理約束條件；明顯的減少了各個變量的波動，提高了預(yù)粉磨系統(tǒng)的自動化水平，減少了工人的勞動強(qiáng)度，達(dá)到系統(tǒng)平穩(wěn)與優(yōu)化運(yùn)行的目的。
文檔編號G05B13/04GK102323751SQ20111017857
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者劉志鵬, 包哲靜, 孟濬, 張進(jìn)鋒, 李沛然, 鄭軍, 顏文俊 申請人:浙江大學(xué)