水泥生产分解炉温度过程仿真对象软件的研发

论文摘要

在新型干法水泥生产中,分解炉是预分解系统的核心设备,它承担着燃料燃烧、气固两相换热和碳酸盐分解任务。分解炉的稳定控制对于稳定回转窑的运行、稳定熟料质量具有重要的作用。分解炉温度是影响生料分解率质量指标的关键工艺参数,但由于分解炉温度过程机理复杂,工况多变,具有强非线性、纯滞后、强耦合、不确定等特性,难以建立精确的过程动态机理模型和数据驱动模型,使得基于模型的控制和优化方法难以应用于分解炉温度过程,从而导致了生料分解率不稳定、设备运转率低、能耗高、操作人员劳动强度大等一系列问题,因此,研究分解炉温度过程建模方法和仿真技术,对于促进分解炉温度过程优化控制方法的研究,实现优化控制,提高产品质量和生产效率具有重要的意义。本文依托国家“863”高技术研究课题,为了深入研究分解炉温度过程的优化控制技术,建立了基于数据的分解炉温度过程动态模型并完成了仿真对象软件的设计与开发。本文的主要工作包括如下几个方面：（1）分解炉温度过程动态模型的建立。模型的输入变量为尾煤转速与生料流量,输出变量为分解炉温度。首先提出了数据预处理方法,包括数据滤波和数据归一化处理。针对生料流量存在高频测量噪声的问题,采用了Butterworth滤波算法实现低通滤波。对于模型结构参数与模型超参数选择,采用了网格搜索和交叉验证的寻优算法。在确定了上述参数后,建立了基于ε-SVR的分解炉温度过程模型和基于LP-SVR的分解炉温度过程动态模型。并对两种模型的稀疏性问题进行了研究,结果表明,在模型性能基本相同的情况下,LP-SVR算法在模型稀疏性方面优于ε-SVR算法。（2）在建立上述模型的基础上,完成了分解炉温度过程仿真对象软件的设计与开发。该仿真对象软件主要包括实时仿真与离线建模两大功能。采用了RSView32和MATLAB平台工具软件开发仿真对象软件,主要包括初始参数设置界面、工艺流程界面、趋势图界面、基于ε-SVR模型界面、基于LP-SVR模型界面等前台人机界面和后台算法程序以及相应的前后台通讯接口,具有分解炉温度过程动态仿真、仿真进程控制、初始参数设置及离线建模等功能。（3）在分解炉温度过程仿真对象软件上进行了仿真实验研究。考察了分解炉温度过程的开环动态特性,并完成了基于ε-SVR的分解炉温度过程模型建模实验。从分解炉机理的角度验证模型的正确性和仿真对象软件的有效性,为下一步深入进行分解炉温度过程建模、控制与优化方法的研究打下了基础,并为控制系统的分析与设计提供了必要的研究平台。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 水泥分解炉建模与控制研究现状
• 1.2.1 分解炉过程建模与仿真研究现状
• 1.2.2 分解炉过程控制研究与应用现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 水泥生产分解炉过程建模问题描述
• 2.1 水泥生产分解炉工艺过程描述
• 2.2 分解炉过程动态特性分析
• 2.3 分解炉的控制目标及控制难点
• 2.4 分解炉温度过程建模存在的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 分解炉温度过程模型的建立
• 3.1 支持向量机方法简介
• 3.2 基于支持向量机的分解炉温度过程动态模型建模方法
• 3.2.1 模型结构
• 3.2.2 数据预处理算法
• 3.2.3 模型结构参数与模型超参数选择算法
• 3.2.4 基于ε-SVR分解炉温度过程模型参数辨识算法
• 3.2.5 基于LP-SVR分解炉温度过程模型参数辨识算法
• 3.2.6 分解炉温度过程建模算法小结
• 3.3 仿真实验
• 3.3.1 建模数据描述
• 3.3.2 实验结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 分解炉温度过程仿真对象软件的设计与开发
• 4.1 分解炉温度过程仿真实验系统的总体设计
• 4.2 仿真对象软件的开发平台
• 4.3 仿真对象软件的结构与功能设计
• 4.3.1 结构设计
• 4.3.2 功能设计
• 4.4 仿真对象软件的设计
• 4.4.1 人机界面的设计
• 4.4.2 后台算法程序的设计
• 4.4.3 通讯接口的设计
• 4.5 仿真对象软件的开发
• 4.5.1 人机界面的开发
• 4.5.2 后台算法程序的开发
• 4.5.3 通讯接口的开发
• 4.6 本章小结
• 第5章 仿真对象软件的仿真实验研究
• 5.1 开环动态特性仿真实验研究
• 5.1.1 尾煤转速阶跃变化仿真实验及结果分析
• 5.1.2 生料流量阶跃变化仿真实验及结果分析
• 5.2 基于ε-SVR的分解炉温度过程模型建模实验研究
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要工作