回转窑煅烧温度的模糊建模与复合控制

论文摘要

回转窑是冶金、水泥、耐火材料生产中的关键设备。煅烧温度是回转窑工艺过程控制中最重要的参数之一,提高回转窑的控温精度对于改善焙烧质量、节约能源、降低生产成本都有重要意义。回转窑的煅烧过程是一个复杂的物理化学反应过程,具有大惯性、纯滞后、非线性等特点。因此,回转窑煅烧温度的模型采用传统的方法难以建立。而基于系统运行数据的模糊建模方法是解决这一问题的有效途径。因此,本文在分析回转窑煅烧温度工艺特点及其控制要求的基础上,结合现有的天铁集团石灰回转窑实际运行数据,采用基于数据的WM模糊建模方法建立了石灰回转窑煅烧温度的模糊模型。并且在建模过程中,对模型的输出量进行了分析,将输出量引入作为条件部分,仿真结果表明改进的WM模糊建模方法提高了建模精度。由于回转窑工况复杂、参数多变,回转窑煅烧温度控制对控制器要求极高,采用传统控制方法难以对其实现有效控制。因此,本文设计了一种复合控制器,将多模型模糊预测控制与模糊控制通过模糊权值调节器相结合,利用模糊规则实现了两个控制器的平滑切换。该复合控制器不仅可以充分利用多模型预测控制优良的控制性能,而且可以克服多模型模糊预测控制由于反复求解带有约束的优化问题所造成的运算量大、实时性差等缺点。此外,当多模型模糊预测控制器模型失配而使性能指标无法满足控制要求时,模糊控制器还可以起到很好的辅助控制作用。通过仿真验证,该复合控制器减小了多模型预测控制器的在线计算量、提高了实时性,同时最大程度上弥补了模型失配所带来的一系列问题,可以对石灰回转窑煅烧温度进行有效的控制。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 回转窑煅烧温度建模方法的研究现状
• 1.3 回转窑温度控制方法的研究现状
• 1.3.1 模糊控制策略
• 1.3.2 神经网络控制策略
• 1.3.3 专家系统控制策略
• 1.3.4 混合智能控制策略
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 回转窑概述
• 2.1 回转窑的结构及应用
• 2.2 回转窑的煅烧温度控制
• 2.2.1 回转窑的工艺流程
• 2.2.2 回转窑煅烧温度控制要求
• 2.3 回转窑煅烧温度控制方面存在的问题
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于回转窑煅烧温度I/O数据的模糊建模
• 3.1 模糊控制理论的基本概念
• 3.1.1 模糊集合
• 3.1.2 隶属度函数
• 3.1.3 模糊规则
• 3.1.4 模糊推理
• 3.2 模糊控制理论发展现状
• 3.2.1 模糊逻辑系统
• 3.2.2 直接模糊控制
• 3.2.3 基于模型的模糊控制
• 3.3 基于数据的WM模糊建模方法
• 3.3.1 模糊集合个数和分布
• 3.3.2 规则提取
• 3.3.3 规则合并
• 3.3.4 规则推理
• 3.3.5 模糊模型结构组成
• 3.3.6 模糊模型的优化调整
• 3.4 石灰回转窑煅烧温度模糊建模
• 3.4.1 石灰回转窑煅烧温度的模糊建模
• 3.4.2 石灰回转窑煅烧温度模糊模型的优化
• 3.5 本章小结
• 第4章 回转窑煅烧温度的复合控制
• 4.1 预测控制的产生与发展
• 4.2 多模型模糊预测控制
• 4.2.1 WM模糊状态空间模型
• 4.2.2 多模型模糊预测控制器设计
• 4.3 石灰回转窑煅烧温度的复合控制
• 4.3.1 复合控制器的总体结构
• 4.3.2 模糊控制器的设计
• 4.3.3 模糊权值调节器的设计
• 4.4 仿真验证
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 方法扩展及展望
• 参考文献
• 致谢