基于分层控制策略的回转窑过程控制系统的设计

论文摘要

回转窑在水泥、石灰石和一些有色金属生产中占有重要地位,用来对化工原料、矿石、中间产物进行焙烧等加热处理。我国也是世界上使用回转窑数量最多的国家。煅烧带温度是回转窑过程控制中最重要的参数之一,提高回转窑煅烧带温度的控制精度对于改善产品质量、节约能源、降低生产成本都有重要意义。回转窑煅烧过程是一个复杂过程,具有大惯性、纯滞后、强耦合、非线性等特点,难以建立精确的数学模型。回转窑过程也具有多尺度特征,如火焰温度、煤气流量等变化较快较频繁,而进料量则相对稳定,这几个变量处于不同的时间尺度。本文采用一种多尺度因子分析的方法,结合实际生产数据,把回转窑系统划分成多层次下的多个独立回路。同时,本文也采用系统辨识的方法,根据大量历史数据辨识出回转窑系统的多个子系统的传递函数模型,并应用到仿真研究中。回转窑过程控制系统复杂多变,使用传统的PID控制器的控制效果不好。而模糊控制器是在综合专家经验知识的基础上设计的,不要求有精确的控制对象数学模型。在模糊控制系统中,当模糊化方法和模糊决策方法选定时,选取适宜的模糊控制规则就能实现对该控制系统的良好控制。本文同时借鉴一种“可变论域”的思想,在模糊规则不变的前提下,论域随着误差变化而伸缩偏移。本文采用模糊控制方法设计一个多层次的复合控制系统,通过大量的仿真研究表明,该控制器实现了不同时间尺度下多变量的控制,当控制对象发生大的参数变化时,通过调节论域范围而实现稳定控制,控制精度较传统控制器有一定提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 回转窑过程建模方法及其研究历史与现状
• 1.2.1 过程建模方法
• 1.2.2 回转窑过程建模的研究
• 1.3 回转窑过程控制方法研究历史与现状
• 1.3.1 回转窑过程控制的研究
• 1.3.2 回转窑过程控制方法
• 1.3.3 分层控制策略的研究
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 回转窑概述
• 2.1 回转窑结构及工艺过程简介
• 2.1.1 回转窑结构
• 2.1.2 回转窑工艺过程
• 2.2 回转窑工艺特点及控制要求
• 2.2.1 回转窑工艺特点
• 2.2.2 回转窑温度控制要求
• 2.3 回转窑过程温度控制系统及其存在的问题
• 2.3.1 回转窑温度控制系统
• 2.3.2 回转窑温度控制方面存在的问题
• 第3章 回转窑分层控制系统的独立回路划分及建模
• 3.1 回转窑分层控制系统独立回路划分
• 3.1.1 划分依据——多尺度因子分析
• 3.1.2 子系统划分
• 3.2 线性系统的模型辨识
• 3.2.1 离散系统的模型辨识
• 3.2.2 连续系统的模型辨识
• 3.2.3 系统模型的相互转换
• 3.3 基于MATLAB系统辨识工具箱的子系统建模
• 3.3.1 MATLAB辨识工具箱
• 3.3.2 数据处理及模型建立
• 第4章 基于分层控制策略的回转窑过程控制系统的设计
• 4.1 回转窑过程控制系统层次划分
• 4.2 模糊控制理论
• 4.2.1 模糊理论及其基本概念
• 4.2.2 模糊控制器原理
• 4.2.3 变论域模糊控制器
• 4.3 控制系统设计
• 4.3.1 控制系统总体设计
• 4.3.2 工况匹配控制器设计
• 4.3.3 协调控制器设计
• 4.3.4 子系统控制器设计
• 第5章 回转窑过程控制系统的仿真研究
• 5.1 基于MATLAB的模糊控制器仿真研究
• 5.2 控制系统仿真研究
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢