焦炉火道温度的多目标优化与控制方法研究

论文摘要

配煤炼焦是一个复杂的工业生产过程,其中火道温度的控制是保证焦炭生产的一个重要环节。火道温度过高,会增加单位产品的能耗,而且容易出现“扒焦”现象,费时费力；火道温度过低,在规定的结焦时间内焦炭不易成熟,影响焦炭的质量。如何设定一个合理的火道目标温度,并且保证火道温度稳定在设定值上,是实现炼焦生产过程的优化控制中一个急需解决的问题。目前,目标火道温度主要依靠人工经验给定,缺乏理论指导并且难以根据实际工况变化进行实时调整。为此,建立了目标火道温度优化模型,即建立焦炭质量、产量,焦炉能耗与火道温度的关联模型,通过优化模型计算出目标火道温度。首先,采用灰色关联分析方法从理论上定量分析质量、产量和能耗与其影响因素之间的关联程度,从而确定多目标优化模型的输入。其次,采用RBF神经网络建立焦炭质量,产量和炼焦能耗预测模型。最后,在配煤参数,结焦时间等工况确定的条件下,以火道温度为决策变量,运用遗传算法求解出在以焦炭质量为约束,满足焦炭产量最大,炼焦能耗最小时的目标火道温度值。得到目标火道温度后,为了使火道温度稳定在设定值上,需要设计一个有效的控制器。焦炉火道温度控制系统是一个具有强非线性,大滞后,强干扰,时变的系统,一般的PID控制难以达到满意的控制要求,于是根据被控对象的特征采用改进的隐式广义预测控制,即引入约束输入矩阵并且对控制量进行补偿。这种方法避免矩阵求逆运算,减少了计算量,同时对系统输出产生的超调也起到了抑制作用。最后,以火道温度为被控对象,采用PID控制和改进后的隐式广义预测控制进行仿真对比,结果表明,改进后的隐式广义预测控制效果优于PID控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 焦炉控制的研究应用现状
• 1.2.1 焦炉加热控制系统的发展
• 1.2.2 焦炉控制常用的控制模型
• 1.2.3 焦炉火道温度控制技术的理论研究
• 1.3 本文的主要内容
• 第2章 焦炉工艺流程概述
• 2.1 焦炉的发展过程
• 2.2 焦炉炉体基本结构
• 2.3 配煤过程
• 2.4 加热方式
• 2.5 焦炉控制的复杂性和难点
• 2.6 本章小结
• 第3章 目标火道温度优化方法设计
• 3.1 灰色关联分析
• 3.1.1 机理分析
• 3.1.2 灰色关联分析基本原理
• 3.1.3 炼焦能耗灰色关联分析
• 3.1.4 焦炭产量灰色关联分析
• 3.1.5 焦炭质量灰色关联分析
• 3.2 目标火道温度神经网络优化模型
• 3.2.1 径向基神经网络
• 3.2.2 炼焦能耗神经网络模型
• 3.2.3 焦炭产量神经网络模型
• 3.2.4 焦炭质量神经网络模型
• 3.3 火道温度多目标优化算法
• 3.3.1 多目标优化问题
• 3.3.2 NSGA-Ⅱ算法原理
• 3.3.3 约束处理
• 3.3.4 多目标遗传算法求解
• 3.4 本章小结
• 第4章 焦炉火道温度控制器的设计
• 4.1 预测控制
• 4.1.1 预测控制的发展
• 4.1.2 预测控制的基本原理
• 4.2 广义预测控制的基本算法
• 4.2.1 预测模型
• 4.2.2 滚动优化
• 4.2.3 最优控制律
• 4.3 改进的广义预测控制算法
• 4.3.1 问题提出
• 4.3.2 隐式广义预测自校正控制基本算法
• 4.3.3 隐式广义预测控制算法的改进
• 4.3.4 仿真验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 焦炉火道温度控制过程的仿真研究
• 5.1 软件工具介绍
• 5.2 仿真对象
• 5.3 仿真研究
• 5.4 仿真结论
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢