回转窑煅烧温度预测控制综合方法研究--《东北大学》2011年硕士论文
回转窑煅烧温度预测控制综合方法研究
【摘要】：回转窑是冶金行业中的关键设备,其运行状态直接影响产品质量、能源消耗、生产安全以及成本。回转窑煅烧温度是反映其运行状态的重要参数,对保证产品质量、实现回转窑的安全稳定运行以及降低劳动强度起着决定性的作用。由于回转窑是一个多变量、非线性、时变、大惯性的典型复杂被控对象,传统的控制方法难以达到理想的控制效果,目前许多场合还是根据现场操作人员的工作经验进行手动调节,自动化程度较低,存在生产效率低、能源消耗高、产品质量不稳定等问题,因此研究回转窑煅烧温度的控制方法具有重大意义。
本文以天铁集团石灰矿回转窑为背景,在分析回转窑工艺过程特性、研究影响回转窑煅烧温度因素的基础上,得出通过调节煤气流量和二次风流量可以有效地控制回转窑煅烧温度。本文利用现有的天铁集团石灰矿回转窑实际运行数据,运用T-S模糊建模方法得到了回转窑煅烧温度系统的T-S模型。采用了前件部分和后件部分分开辨识的方法,利用模糊C-均值聚类算法和最小二乘法分别辨识前后件的结构和参数。进一步将该模型转化为线性时变状态空间模型运用于后续的控制算法中。
针对回转窑的复杂特性,本文采用预测控制综合方法控制回转窑煅烧温度。预测控制综合方法以最优控制作为最重要的理论参照体系,Lyapunov稳定性分析方法作为性能保证,不变集和线性矩阵不等式作为基本工具,成为当前预测控制理论研究的主流。状态反馈预测控制综合方法存在两个问题,一是该方法只能将系统状态镇定到原点,不能跟踪给定的变化目标；二是该方法受限于其可行域的大小,往往不能实现大范围的控制。本文针对这两个问题改进了状态反馈预测控制综合方法。输出跟踪预测控制综合方法通过将根据给定的输出计算得到的对应的稳定状态和输入作为变量,并修改终端约束来实现输出跟踪。调度预测控制综合方法引入调度的思想,离线设计一系列可行域互相重叠的控制器集合。在线时,在控制器的调度作用下,系统状态在相互交叉的不同可行域之间运动,直至达到设定的目标平衡状态,从而实现大范围控制。
最后,本文设计了回转窑煅烧温度控制系统,仿真研究表明预测控制综合方法可以对回转窑煅烧温度进行有效地控制。
【关键词】：
【学位授予单位】：东北大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2011【分类号】：TP273【目录】：
摘要5-6Abstract6-10第1章 绪论10-18 1.1 课题研究的目的和意义10-11 1.2 回转窑建模与控制方法的研究历史及现状11-14
1.2.1 回转窑建模方法的研究历史及现状11-12
1.2.2 回转窑控制方法的研究历史及现状12-14 1.3 预测控制的研究历史及现状14-16 1.4 本文主要研究的内容16-18第2章 回转窑简介18-24 2.1 回转窑的工艺流程及结构18-21
2.1.1 回转窑的工艺流程18-20
2.1.2 回转窑的结构20
2.1.3 天铁石灰矿回转窑经济指标和工艺参数20-21 2.2 回转窑煅烧温度的控制21-23
2.2.1 回转窑的控制目标21-22
2.2.2 影响回转窑煅烧温度的因素分析22-23
2.2.3 回转窑煅烧温度的控制难点23 2.3 本章小结23-24第3章 回转窑煅烧温度的T-S模糊建模24-38 3.1 T-S模糊模型24-27
3.1.1 T-S模糊模型的定义24-25
3.1.2 T-S模糊模型的辨识25-27 3.2 基于模糊C-均值聚类算法的前件参数与结构辨识27-30
3.2.1 模糊C-均值聚类算法27-29
3.2.2 模糊C-均值聚类算法辨识前件参数与结构29-30 3.3 基于最小二乘法的后件参数辨识30-32
3.3.1 最小二乘法30-31
3.3.2 最小二乘法辨识后件参数31-32 3.4 T-S模糊模型的转化32-34 3.5 基于T-S模糊模型的回转窑煅烧温度建模34-37 3.6 本章小结37-38第4章 预测控制综合方法研究38-60 4.1 线性矩阵不等式38-40
4.1.1 线性矩阵不等式的一般表示38-39
4.1.2 Schur补引理39
4.1.3 引入线性矩阵不等式的原因39-40 4.2 预测控制综合方法的基本原理40-42 4.3 多胞描述系统42-43 4.4 状态反馈预测控制综合方法43-52
4.4.1 在线算法43-48
4.4.2 离线算法48-50
4.4.3 仿真验证50-52 4.5 输出跟踪预测控制综合方法52-56
4.5.1 稳态目标的计算52-54
4.5.2 输出跟踪预测控制综合算法54-55
4.5.3 仿真验证55-56 4.6 调度预测控制综合方法56-59
4.6.1 调度预测控制综合算法56-58
4.6.2 仿真验证58-59 4.7 本章小结59-60第5章 回转窑煅烧温度控制系统仿真研究60-66 5.1 LMI工具箱60-61 5.2 回转窑煅烧温度控制系统设计61-63 5.3 回转窑煅烧温度控制系统仿真63-65 5.4 本章小结65-66第6章 总结与展望66-68 6.1 总结66 6.2 展望66-68参考文献68-72致谢72
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你可能喜欢　　为了解决回转窑内部物料温度在线检测问题，马钢集团设计研究院从2002年开始研制回转窑设备，采用最新无线通信技术，将热电偶测得的窑内温度到操作室显示。窑温发送器使用电池供电，可同时采集多个热电偶信号。它安装在窑体上，随筒体一道转动，由于采取了隔热措施，能够耐受400℃以下的筒射高温，抗雨、抗晒、抗震动。系统有4-20mA输出，可送计算机或其它仪表显示。
　　该技术已取得国家专利。这套设备不仅结构简单、安装方便、工作可靠、经济实用，而且数据准确、稳定，免维护，寿命长久。2003年在马钢烧结厂安装使用至今运行良好。目前已推广到安徽、江苏、山东、浙江、陕西、辽宁、湖北、湖南、河北、河南、四川、云南、新疆、内蒙等地使用，深受用户好评，主要技术指标如下。
　　1、单台窑温发送器测温点数：1-4点（可连接K、S、B、E、T、R分度热电偶，测温范围0-1800℃）；
　　2、窑温发送器电池工作时间：24小时连续工作6-24个月（换电池或给电池充电后，可继续使用）；
　　3、适应环境：可耐受400℃以下的窑体辐射高温，防雨、抗晒、抗震动；
　　4、无线传送距离：150米（转发500米）；
　　5、信号输出形式：温度显示、4-20mA电流、RS485接口、RS232接口；
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WX-16系列智能无线传输测温系统采用了先进的载波侦听信道复用技术（CSMA），能自动侦测发射数据的冲突，自动协调不同设备的发射时间，从而支持最多247对设备公用一个信道。
WX-16系列无线变送器具有全密封、防水、防尘、全金属屏蔽、耐高低温等防护特性。整机采用超低功耗设计，内置能耐受－40～85℃的工业级锂-亚硫酰氯电池，5年以上免维护使用。适用于各类野外、高温、潮湿、粉尘、高压、不便布线或现场无法提供电源等的多种特殊测控场合。
WX-16T/K无线变送器是一种可配接K型热电偶的无线变送设备。可和WX-16系列的各种显示设备相配接，显示温度值。也可通过HC系列的各种智能转发设备与计算计相连接，构成无线测控系统。
●配接K型热电偶进行－200～1600℃测温
●7个信道（频率）可菜单设置，以便错开现场对讲机或其他无线设备的发射频段。也可用于多传感器分组应用。
●载波侦听信道复用技术（CSMA），每个信道支持最多247个设备。节省频段占用。
●发射时间间隔可设置。
●超低功耗设计，电池供电，无需布线。
●全密封、防水、防尘、全金属屏蔽、耐高低温等恶劣环境。
●全数字校准，无电位器等机械调整部件，长期稳定可靠。
●内置工业级锂-亚硫酰氯电池，耐受－40～85℃的温度长期稳定供电。
给“回转窑测温系统”询盘
&固定电话、手机号码至少填写一项
扫一扫，进入手机展厅6回转窑煅烧过程测温系统的应用表现 9:12:38一般情况下应用于矿石煅烧的回转窑测温系统主要由测温电缆、无线温度变送设备以及安装附件等几个部分构成，该测温系统可以将回转窑体表按照不同的规格划分成若干个监控区，并且在每一区域内装设围绕回转窑筒体的测温电缆，各电缆之间的距离约为20厘米，以保证生产过程中的每一块耐火砖上都会有测温电缆经过测量，这样操作人员就可以每时每刻掌握任意一块砖的温度变化情况。在回转窑中装设测温系统的主要目的，是由于其能够较好的呈现当前回转窑内的运转温度变化，并作出相应的调整，以此来避免温度过高而产生的失误。从长久以来的运转来看，回转窑测温系统的应用特性主要表现在：1、可以对回转窑的表面同时进行温度的测量，并且反应的时间比较短，约1秒左右。2、其所采用的测温方式为直接接触测温，因此其不会受到环境因素的制约，其精准度比较高。3、其对回转窑内温度的表示比较直观，对于操作者来讲可以做到一目了然。4、可以对各个监控区的温度变化进行实时观测，并分别对其进行报警条件的设置。5、拥有完整的档案及历史操作，方便后期的查阅及调用和管理。6、此种回转窑测温系统的应用周期比较长，基本可达20年之久。在配备了以上测温系统后，回转窑煅烧过程中的温度操控将会更加的稳定，同时也更加有利于物料的有效煅烧。本文来源： 免责声明：以上信息内容由会员自行发布，不代表本站的观点和立场；详询请联系信息原作者！