基于数据驱动子空间的焦炉集气管压力预测控制方法研究

论文摘要

焦炭是冶金工业炼铁的主要原料,炼焦生产过程的同时会伴随产生大量的副产品-荒煤气。通过集气过程回收利用荒煤气,可以节约能源,并且降低环境污染,是钢铁生产的重要环节。集气管压力的稳定与否,将会影响到煤气质量、设备寿命以及生产环境。由于集气管压力系统是一个多变量、时变、带耦合的复杂系统,传统的控制方法难以达到理想的控制效果,目前钢铁厂大多数还是采用PID和现场操作人员手动调节相结合的方法,智能程度较低,同时存在着产品质量不稳定,资源浪费,污染环境等问题,因此研究焦炉集气过程控制对钢铁工业生产有着重要的意义。本文首先分析焦炉集气工艺过程,在研究影响焦炉压力稳定因素的基础上,运用数据驱动子空间辨识方法对集气过程进行辨识建模,建立焦炉集气管压力系统的子空间预估模型,在广义预测控制（GPC）的框架下设计子空间预测控制器（SPC）,为了使系统无静差,设计了焦炉集气管压力的增量式子空间预测控制器；由于焦炉集气管压力系统是一个典型的带约束的工业过程,故在提高控制精度的前提下,引入约束条件,设计了带约束处理的集气管压力增量式子空间预测方法；最后,由于焦炉集气管压力系统工业过程实际是时变的,采用了基于滚动窗口的在线子空间方法来减少模型失配,设计了基于滚动窗口的在自适应子空间预测控制器。仿真研究表明,该控制器算法具有快速调节性,能够将集气管压力稳定在工艺范围内,控制效果良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 焦炉集气管压力系统建模现状
• 1.2.2 焦炉集气管压力系统控制方案研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 焦炉集气工艺与特性分析
• 2.1 焦炉集气工艺介绍
• 2.1.1 炼焦工艺过程
• 2.1.2 焦炉集气管的基本组成
• 2.2 焦炉集气管对象特性分析
• 2.2.1 焦炉集气管压力影响因素分析
• 2.2.2 焦炉集气管压力控制难点
• 2.3 本章小结
• 第3章 焦炉集气管压力系统建模
• 3.1 系统建模背景及建模方法
• 3.2 子空间辨识的基本方法
• 3.2.1 几何工具
• 3.2.2 子空间辨识问题描述
• 3.3 焦炉集气管压力系统的子空间建模
• 3.3.1 子空间建模步骤
• 3.3.2 仿真验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 焦炉集气管压力预测控制
• 4.1 模型预测控制
• 4.2 基于子空间辨识的无约束集气管压力预测控制
• 4.2.1 算法结构
• 4.2.2 仿真试验
• 4.3 基于子空间辨识的带约束集气管压力预测控制
• 4.3.1 算法结构
• 4.3.2 约束处理
• 4.3.3 仿真试验
• 4.4 带约束集气管压力自适应预测控制
• 4.4.1 算法的提出
• 4.4.2 一种滚动窗口在线子空间辨识算法
• 4.4.3 基于滚动窗口在线子空间辨识的焦炉集气管压力自适应预测控制
• 4.4.4 仿真试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢