炼铁高炉透平静叶系统高炉顶压鲁棒性控制研究

论文摘要

高炉炉顶煤气余压透平发电装置(简称TRT)是目前国际、国内钢铁企业公认的有价值的二次能源回收装置,其投入运行的前提条件是在任何情况下均能保证高炉顶压的稳定性,从而不影响主流程工艺过程。然而,随着冶金高炉的大型化和现代炼铁技术的发展,对高炉顶压的稳定性要求越来越高,PID控制已难以达到预期的控制要求。本文以首钢迁钢公司1#高炉TRT系统为研究对象,对高炉顶压的稳定性进行了研究。针对高炉炉顶压力的特点,通过机理分析和参数辨识相结合的方法建立了正常工况下高炉顶压的动态数学模型。理论分析得到高炉顶压控制系统是满足闭环可辨识性条件的。由于正常工况下高炉顶压存在多种扰动,因此采用抗干扰性较强的内模控制方法设计高炉顶压二自由度内模控制器,以此提高高炉顶压鲁棒性控制。通过对高炉炉顶压力调节执行机构电液伺服系统的设计,完成了高炉炉顶压力控制的目的,为正常工况下TRT系统高炉顶压的控制提供了一种新的方法。最后,利用Matlab7.0/Simulink软件对高炉顶压内模控制进行仿真实验,分别在模型精确匹配和模型失配时进行仿真,讨论了内模控制器的可调参数对系统性能的影响。仿真结果表明内模控制性能优越,参数调整方便,通过调整参数可以调整系统的鲁棒性,易于工程实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 TRT系统国内外发展的现状
• 1.3 TRT系统炉顶压力控制的特点
• 1.4 TRT系统控制的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 TRT透平静叶系统
• 2.1 TRT系统的工艺流程
• 2.1.1 传统的高炉工艺流程
• 2.1.2 TRT系统的工艺流程
• 2.1.3 TRT系统控制要点
• 2.2 TRT系统的控制结构
• 2.3 TRT的DCS控制系统
• 2.3.1 ABB DCS控制系统
• 2.3.2 控制系统的硬件
• 2.3.3 控制系统的软件
• 2.4 TRT对高炉炉顶压力鲁棒性的控制难点
• 2.5 本章小结
• 第3章 TRT系统高炉顶压控制分析
• 3.1 引言
• 3.2 TRT系统数学模型的建立
• 3.2.1 动态过程数学模型
• 3.2.2 高炉顶压动态数学模型机理分析
• 3.3 高炉顶压数学模型
• 3.3.1 高炉顶压控制系统
• 3.3.2 高炉顶压系统闭环分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 高炉炉顶压力内模控制
• 4.1 内模控制及高炉炉顶压力模型的建立
• 4.1.1 内模控制的建模方法
• 4.1.2 高炉炉顶压力内模控制推导
• 4.1.3 内模控制器的性质
• 4.2 内模控制器的设计
• 4.3 电液位置伺服系统
• 4.3.1 电液位置伺服系统的构成和工作原理
• 4.3.2 电液位置伺服系统在TRT的应用
• 4.4 高炉顶压控制系统设计
• 4.5 高炉顶压内模控制器设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 TRT系统仿真实验及结果分析
• 5.1 搭建仿真模型
• 5.2 仿真结果分析
• 5.2.1 模型精确匹配
• 5.2.2 模型失配
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢