基于GPC的自适应PID动力波压力控制研究

论文摘要

动力波作为冶炼工业烟气净化过程中的重要设备,其入口压力在工作信号切换时出现的无法满足控制要求的问题长期以来一直严重威胁设备的安全运行,因而被人们所密切关注。随着对铜、铁等金属需求的急剧增加,冶炼任务越来越繁重,产生的烟气量也急剧增加,烟气净化系统的处理任务越来越艰巨,设备的整体结构也日趋巨型化和复杂化,常规控制系统更加难以达到控制要求。为了保证烟气净化系统安全正常运行,制定有效的控制方案是十分必要的。本文以江西铜业冶炼厂烟气净化过程设备作为研究对象,对工作机理等进行了深入研究。由于尾气净化系统具有非线性、大惯性等特性,常规控制算法难以取得良好的控制效果。而预测控制策略是按照被控对象的特性和扰动变化情况,不断校正控制器的参数,从而提高了系统的稳定性和鲁棒性。基于预测控制策略的这些优点,本文提出在建立系统动态数学模型的基础上,将自适应广义预测控制算法应用于烟气净化过程一级动力波入口压力的控制方案。根据从江西铜业现场采集的相关实际数据,采用分散——联合建模方法,在最小二乘参数辨识法、分段近似线性化等手段辅助下,主通道控制对象模型和干扰通道的受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA)；在深入研究算法机理的基础上,结合模型设计出自适应广义预测PID控制器,并进行了仿真验证和现场应用测试；结果表明,使用该控制策略对此类复杂工业过程进行控制的方案是可行的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 烟气制酸一级动力波入口压力控制现状
• 1.2 选题背景
• 1.2.1 工艺简介
• 1.2.2 一级动力波入口压力控制中存在的问题
• 1.2.3 控制方案探索
• 1.3 预测控制发展历史与现状
• 1.3.1 预测控制发展历史
• 1.3.2 预测控制发展现状
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 烟气净化系统组成及控制目标
• 2.1 烟气净化系统工作流程
• 2.2 烟气净化系统设备简介
• 2.2.1 动力波
• 2.2.2 气体冷却塔
• 2.2.3 电除雾器
• 2.2.4 干燥塔
• 2.2.5 风机
• 2.3 现场烟气净化控制系统介绍
• 2.3.1 控制系统结构
• 2.3.2 控制器任务
• 2.3.3 净化系统现场工控设备简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 一级动力波入口压力控制系统对象建模
• 3.1 现场一级动力波入口压力控制系统结构
• 3.2 模型整体规划
• 3.3 建模方法及技术
• 3.3.1 最小二乘参数辨识法
• 3.3.2 基于工作点的模型分段线性化
• 3.3.3 CARIMA模型描述
• 3.4 系统模型建立
• 3.4.1 非线性机理模型
• 3.4.2 线性机理模型
• 3.4.3 基于数据的自回归滑动平均模型
• 3.4.4 主通道整体对象模型及干扰通道模型
• 3.5 烟气处理系统的模型验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于GPC的自适应PID一级动力波入口压力控制器
• 4.1 控制方案选择
• 4.2 广义预测控制
• 4.2.1 广义预测控制原理
• 4.2.2 广义预测控制基本方法
• 4.3 基于GPC的自适应PID一级动力波入口压力控制器设计
• 4.3.1 一级动力波入口压力控制系统对象控制律推导
• 4.3.2 基于GPC的PID调节器参数确定
• 4.3.3 广义预测控制算法参数选择
• 4.3.4 基于GPC的自适应PID参数整定
• 4.3.5 参数整定的程序流程
• 4.3.6 参数整定设计步骤
• 4.4 仿真与结果分析
• 4.5 实验与结果分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文