本站小編為你精心準(zhǔn)備了預(yù)測(cè)控制在工業(yè)窯爐溫度控制中的作用參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：預(yù)測(cè)控制算法有其自身的理論優(yōu)勢(shì)和內(nèi)容，可以將其應(yīng)用于工業(yè)窯爐的溫度控制之中，建構(gòu)工業(yè)窯爐溫度控制的預(yù)測(cè)模型，將動(dòng)態(tài)矩陣控制（DMC）應(yīng)用于工業(yè)窯爐溫度控制之中，要以滾動(dòng)優(yōu)化、反饋、調(diào)整、校正為前提，做好工業(yè)窯爐溫度控制的多步預(yù)測(cè)，借助于自動(dòng)在線運(yùn)算的方式和策略，對(duì)動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行最大化的獲取、提煉和處理，可以達(dá)到快速抗干擾的應(yīng)用效果，使工業(yè)窯爐溫度控制滿足要求。

關(guān)鍵詞：預(yù)測(cè)控制；工業(yè)窯爐；溫度控制；應(yīng)用

在科技不斷進(jìn)步和發(fā)展的態(tài)勢(shì)之下，由于被控對(duì)象的復(fù)雜化和不確定性，導(dǎo)致自動(dòng)控制的要求不斷提升，傳統(tǒng)的現(xiàn)代控制理論存在極其明顯的遲滯性，引發(fā)工業(yè)窯爐溫度控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定或超調(diào)過大等問題，極大地威脅了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。為此，要引入先進(jìn)科學(xué)的預(yù)測(cè)控制技術(shù)和算法，它具有自身獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：多樣動(dòng)態(tài)的預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化的時(shí)序性、自動(dòng)調(diào)整與在線校正、實(shí)用性控制過程等，使之應(yīng)用于工業(yè)窯爐的溫度控制之中，更好地提升產(chǎn)品質(zhì)量、減少能耗，降低成本。

1預(yù)測(cè)控制綜述

1.1預(yù)測(cè)控制

預(yù)測(cè)控制是較為先進(jìn)的創(chuàng)新控制算法和技術(shù)，以其動(dòng)態(tài)多樣化、極強(qiáng)的適應(yīng)性和實(shí)用性等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，克服了最小方差控制的弱點(diǎn)，較好地解決系統(tǒng)難于建模的問題，使預(yù)測(cè)控制算法能夠更好地適用于工業(yè)窯爐溫度控制系統(tǒng)，增強(qiáng)其過程適用的魯棒性，并以動(dòng)態(tài)、調(diào)整、在線校正等反饋信息控制為基本特征。預(yù)測(cè)控制的主要優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)具體表現(xiàn)為：（1）簡化了建模過程。在對(duì)象結(jié)構(gòu)、參數(shù)、環(huán)境條件不斷變化的復(fù)雜工業(yè)過程控制之中，通常難以進(jìn)行最小化的模型辨識(shí)，而預(yù)測(cè)控制則可以建立于精準(zhǔn)的模型基礎(chǔ)之上，成為易于辨識(shí)的預(yù)測(cè)模型，從而極大地節(jié)約成本，提升控制質(zhì)量。（2）預(yù)測(cè)控制算法可以迅速準(zhǔn)確地處理多變量系統(tǒng)，在不同的約束性條件之下進(jìn)行質(zhì)量追蹤，通過合理的參數(shù)選擇增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。（3）由于預(yù)測(cè)控制算法的在線運(yùn)算是相對(duì)簡單的非矩陣運(yùn)算，可以借由微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算。

1.2DMC預(yù)測(cè)控制的基本算法

（1）單輸入、單輸出裝置的動(dòng)態(tài)矩陣控制算法。在單輸入、輸出預(yù)測(cè)控制算法之中，要先測(cè)定裝置單位階躍響應(yīng)的采樣值at=a（iT），i＝1，2，……（T是指采用周期），漸進(jìn)穩(wěn)定的裝置階躍響應(yīng)會(huì)在tN＝NT這一時(shí)刻之后逐漸平穩(wěn)，aN接近于階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值aS＝a（∞），則裝置的動(dòng)態(tài)信息可以建構(gòu)預(yù)測(cè)控制的模型參數(shù)，用有限集合{a1，a2，……aN}加以表示，N則表示建模時(shí)域。

（2）滾動(dòng)優(yōu)化。對(duì)于每一時(shí)刻k，要確定從該時(shí)刻起的M個(gè)控制作用增量Δu（k），…，Δu（k+M-1），則被控制裝置在未來P個(gè)時(shí)刻的輸出預(yù)測(cè)值yM（k+i|k）接近于給定的期望值ω（k+i），i＝1，…P，其中：M代表控制時(shí)域；P代表優(yōu)化時(shí)域，且M≤P≤N。

（3）反饋校正。利用預(yù)測(cè)模型可以計(jì)算出k時(shí)刻將控制u（k）實(shí)際施加于裝置的輸出預(yù)測(cè)值，用向量y贊N1（k）=y贊N0（k）+a△u（k）加以表示，然而，因?yàn)閷?shí)際操作過程難免受到諸多內(nèi)外因素的干擾和影響，這就使之建構(gòu)的預(yù)測(cè)模型會(huì)存在不相匹配的問題，致使在線預(yù)測(cè)模型運(yùn)算結(jié)果與預(yù)測(cè)的數(shù)值產(chǎn)生較大的偏離，為此要先檢測(cè)裝置的實(shí)際輸出y（k+1），將其與上述模型預(yù)測(cè)輸出值相比較，獲得輸出偏差值，可以用：e（k+1）=y（k+1）-y贊1（k+1|k）加以表示，在這個(gè)模型之中考慮了各種不確定因素對(duì)輸出的影響，是基于模型的預(yù)測(cè)補(bǔ)充。

2新型干法水泥工業(yè)回轉(zhuǎn)窯工藝流程分析

2.1帶窯外分解爐新型干法水泥回轉(zhuǎn)窯工藝流程

由于工業(yè)窯爐的種類繁多、工藝復(fù)雜、分布較為分散，為此，主要分析操作相對(duì)穩(wěn)定、熟料質(zhì)量好、生產(chǎn)能力高的帶窯外分解爐的水泥回轉(zhuǎn)窯，它也稱為預(yù)分解窯，它主要是通過在旋風(fēng)預(yù)熱器和回轉(zhuǎn)窯之間增添分解爐裝置的方式，在其中添入一定比例的燃料，使之處于懸浮的狀態(tài)之下，具體涵括以下兩個(gè)方面的化學(xué)過程，即：實(shí)現(xiàn)燃料的燃燒放熱過程、生料的分解吸熱過程，快速實(shí)現(xiàn)硅酸鹽的分解反應(yīng)，極大地提升窯系統(tǒng)的煅燒率，擴(kuò)大了單機(jī)生產(chǎn)能力，延長了工業(yè)窯爐的使用壽命和運(yùn)行周期。（1）窯外預(yù)熱分解。工業(yè)窯爐在其尾部安裝預(yù)熱器，使生料在高溫?zé)煔獾挠酂嶙饔孟骂A(yù)熱，使入窯的生料溫度上升到750-800℃，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱、粘土脫水、分解、煅燒，可以較好地提升物料反應(yīng)溫度，降低熟料的熱量損耗。同時(shí)，還要實(shí)現(xiàn)物料的分解，在分解爐中實(shí)現(xiàn)碳酸鈣分解反應(yīng)，使生料顆粒懸浮于分解爐之中，進(jìn)行高速的傳熱和分解反應(yīng)，減輕工業(yè)窯爐的熱負(fù)荷，增加工業(yè)窯爐的生產(chǎn)能力。（2）窯內(nèi)煅燒。回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)是燃燒器也是高溫反應(yīng)器，生料在這個(gè)系統(tǒng)中可以實(shí)現(xiàn)完全分解，在不同的溫度和反應(yīng)條件之下，由碳酸鹽分解帶、放熱反應(yīng)帶、燒成帶和冷卻帶等幾個(gè)部分構(gòu)成。（3）窯尾廢氣處理。在這個(gè)過程中，由高溫風(fēng)機(jī)抽出廢氣，并對(duì)增濕塔內(nèi)的高溫廢氣進(jìn)行噴水增濕降溫，進(jìn)入到電收塵器進(jìn)行凈化處理，導(dǎo)入到煙囪排入大氣。（4）熟料冷卻。當(dāng)前主要選用推動(dòng)式篦冷機(jī)換熱裝備，高溫熟料可以在冷卻機(jī)鼓入的高壓風(fēng)條件下快速冷卻，冷卻之后的大小不同的顆粒熟料分別由破碎機(jī)破碎或細(xì)柵條進(jìn)入到輸送設(shè)備之中。

2.2工業(yè)回轉(zhuǎn)窯爐操作控制的原則

要在工業(yè)回轉(zhuǎn)窯爐操作之中，穩(wěn)定工業(yè)窯爐的溫度，確保風(fēng)、煤、料、窯速的平衡，如：風(fēng)煤的合理配置；火焰的位置；喂料的均勻性；物料負(fù)荷率等。在這個(gè)工業(yè)回轉(zhuǎn)窯爐的操作控制過程中，主要的監(jiān)測(cè)參數(shù)包括有：窯尾氣體溫度及壓力；分解爐出口氣體溫度；燒成帶溫度；窯頭負(fù)壓及溫度；預(yù)熱器各級(jí)的氣體溫度壓力及入窯物料的溫度；窯主電機(jī)的負(fù)荷；窯筒體的溫度等。主要的控制參數(shù)包括有：入窯的生料量；窯轉(zhuǎn)速；窯頭喂煤量；窯尾主排風(fēng)機(jī)風(fēng)量等。

3預(yù)測(cè)控制在工業(yè)窯爐溫度控制中的應(yīng)用研究

3.1建立工業(yè)窯爐溫度控制數(shù)學(xué)模型

（1）主要測(cè)控參數(shù)。主要選取以下參數(shù)作為測(cè)控參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)窯爐溫度的控制：燒成帶溫度（SW）是直接反應(yīng)燒成帶工況的參數(shù)，正常運(yùn)行的溫度范圍為1300-1500℃；窯尾溫度（WW）是反映窯內(nèi)沿長度方向的熱力分布情況，正常運(yùn)行的溫度范疇為950-1050℃。同時(shí)，還選取以下參數(shù)作為控制參數(shù)，即：燃料用量（RY）會(huì)直接影響燒成帶溫度和廢氣中的氧含量；主排風(fēng)機(jī)速度（PS）則主要是改變二次風(fēng)速和窯內(nèi)的溫度分布；回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速（YS）通常應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定不變的狀態(tài)。

（2）建模。燒成帶溫度極大地影響熟料的質(zhì)量，可以通過調(diào)節(jié)喂煤量、排風(fēng)量的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)燒成系統(tǒng)的過程控制，一般來說，通過增加喂煤量，可以使燒成帶的溫度上升；而減少喂煤量則會(huì)降低燒成帶的溫度。

（3）辨析模型參數(shù)。可以采用階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)法和脈沖響應(yīng)實(shí)驗(yàn)法作為被控對(duì)象實(shí)驗(yàn)測(cè)定的方法，通過向被控對(duì)象輸入和設(shè)置一定的擾動(dòng)信號(hào)，可以通過測(cè)量的方式，獲悉輸出變量與時(shí)間之間的關(guān)聯(lián)性，反映出一定的被控對(duì)象的特性。值得注意的是，要關(guān)注輸入信號(hào)的幅值，由此辨別輸入信號(hào)和隨機(jī)干擾信號(hào)的差異性，以保證狀態(tài)變量的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。另外，還要采用基于最小二乘法的參數(shù)辨識(shí)方法，有效地解決一階模型階躍響應(yīng)辨識(shí)的問題。

3.2工業(yè)回轉(zhuǎn)窯爐預(yù)測(cè)控制參數(shù)的設(shè)計(jì)

這個(gè)控制系統(tǒng)的參數(shù)選擇是直接影響工業(yè)窯爐控制性能的因素，主要包括：（1）選擇采樣周期Ts和建模時(shí)域長度N。這兩個(gè)參數(shù)之間具有極其密切的關(guān)聯(lián)性，并表現(xiàn)出Ts越小、N越大、計(jì)算量也越大的規(guī)律性，系統(tǒng)的抗干擾能力也越強(qiáng)；相反，Ts越大、N越小、計(jì)算量也越小，系統(tǒng)的抗干擾能力越弱。為此，可以選取Ts＝3s，取N＝200延伸到階躍響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)，以提升系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)時(shí)的抗干擾能力。（2）選擇控制時(shí)域長度M。較小的M值有益于保持控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，然而其動(dòng)態(tài)性能較差；較大的M值則有更多的動(dòng)態(tài)變化，有更為快速的響應(yīng)和控制的靈活性，然其穩(wěn)定性不足。因此，為了保持系統(tǒng)控制處于動(dòng)態(tài)和穩(wěn)定兼具的狀態(tài)，可以取M為1。（3）預(yù)測(cè)時(shí)域長度P。為了保持控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和靈活的動(dòng)態(tài)性，可以將P取值為8。（4）預(yù)測(cè)輸出誤差加權(quán)矩陣Q和控制增量加權(quán)矩陣R，可以取Q和R的值為Ⅰ。

綜上所述，預(yù)測(cè)控制算法可以較好地應(yīng)用于工業(yè)窯爐溫度控制中，它通過縮短預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間方式加以實(shí)現(xiàn)，在加入擾動(dòng)之后預(yù)測(cè)控制的輸出曲線變化較小，魯棒性較強(qiáng)，適用于大時(shí)滯、大慣性的過程控制系統(tǒng)。可以基于預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，建立工業(yè)窯爐的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)窯爐溫度的快速和穩(wěn)定的控制。同時(shí)，還可以極大地增強(qiáng)處理約束的能力，較好地處理各種復(fù)雜的多變量問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]余劍敏.電窯爐溫度控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].電子科技大學(xué)，2010.

[2]李穎沖.陶瓷窯爐溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].蘭州交通大學(xué)，2010.

[3]劉其亮.基于PLC窯爐模糊控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].山東理工大學(xué)，2010.

作者：王菲；王超 單位：陜西華星電子集團(tuán)有限公司