一种废塑料裂解反应釜的压力平衡控制方法

摘要

本发明公开了一种废塑料裂解反应釜的压力平衡控制方法。目前废塑料裂解反应釜的压力平衡控制基本上采用标准PID控制等较简单的方式，控制效果不够理想。本发明采用预测控制和动态前馈补偿相结合的复合控制方法进行废塑料裂解反应釜的压力平衡控制，首先在系统运行平稳且没有可测扰动输入的情况下设计预测控制器，然后在系统具有可测扰动的情形下通过串联低通滤波器的方法设计严格正则的动态前馈控制器，最后将上述两类控制器相结合，获得前馈-反馈复合控制律，从而提高废塑料裂解反应压力控制的控制精度和抗干扰性能，有助于裂解反应的高效和安全运行。

主权项

1. 一种废塑料裂解反应釜的压力平衡控制方法，其特征在于该方法的具体步骤是：步骤一：平稳运行、不存在扰动输入情况下的预测控制设计a. 建立系统稳态模型；首先，以生活垃圾废塑料裂解反应釜转速、过剩空气系数、烟气排出速度、进料速度、出料速度和催化剂供应量为控制输入量，以压力测量仪采集到的裂解反应釜内的压力值为输出量，在被控系统平稳运行、不存在扰动输入的情况下，通过系统辨识方法，建立反应釜压力平衡控制的离散时间传递函数模型其中为k时刻由压力传感器测量所得的裂解反应釜内的压力值；为k时刻的控制输入向量，6个控制输入分量依次表示k时刻的反应釜转速、过剩空气系数、烟气排出速度、进料速度、出料速度和催化剂供应量；和表示通过辨识得到系统参数，其中、表示需要辨识的模型参数，I表示具有合适维数的单位矩阵，、表示采样个数；然后，可将前述反应釜压力控制系统模型表示为下述状态空间模型其中为状态向量，为k时刻控制输入的增量，系数矩阵A、B和C分别为b. 预测输出值；由a步建立的裂解反应釜压力控制系统模型，通过迭代计算，可得k+j时刻的输出值为其中为向量的估计值，j为正整数；进一步，可将预测输出表示为下述形式其中其中N和N_u分别表示预测时域和控制时域，为k+s时刻输出量的预测值，且；由上式可知，输出量的预测依赖于状态向量的估计值；可通过设计一个渐近估计器，用于状态向量的估计；利用标准极点配置方法，设计一个维数适当的观测器增益矩阵L，使得矩阵(A-LC)的所有特征值都小于1，则该观测器是渐近收敛的；此时，的估计值可按下式计算c. 优化控制律求解；建立二次型优化目标函数其中和为标量系数；当取和时（为定常的标量），优化目标函数可写为利用二次规划（QP）问题的求解方法可得最优控制输入为其中I表示维数合适的单位矩阵；在控制实施过程中，只有控制序列的第一个分量，即，被送到实际废塑料裂解反应釜，使其产生相应的控制效果，并在下一采样时刻重复上述优化求解的计算；步骤二：存在可测输入扰动情形下的动态前馈补偿设计在裂解反应过程中，尤其是启停机、运行模式变化、废塑料品质和成分变化、天气变化等诸多原因，都使得系统存在过剩空气系数、供热烟气温度、烟气排出速度、进料速度、出料速度等可测的输入量扰动；在这种情况下，通过设计动态前馈控制器，可以对相应的可测扰动进行动态补偿，提高系统的抗干扰性能；首先，在系统存在可扰动输入的情况下，通过系统辨识方法，建立下述反应釜压力平衡控制的传递函数模型其中、分别k时刻的压力测量值和控制输入向量，具体形式前面已给出；为k时刻的可测噪声向量；、、表示通过辨识得到的系统参数，，其中、、表示需要辨识的模型参数，I表示具有合适维数的单位矩阵，、、表示采样个数；然后，引入被控对象没有扰动时的传递函数和被控对象扰动通道的传递函数，可得其中，；将需要设计的前馈控制增益表示为，则加入前馈补偿环节后，系统的输出可表示为显然，当时，有；若再令，则可设计相应的前馈控制器增益，具体形式为因此，动态前馈控制器的输出为最后，进行正则的、可实现的前馈控制器设计；对于许多实际的控制对象，由于上述被控对象没有扰动时的传递函数是严格正则的，导致其逆是非正则的和不可实现的，而且的非正则性将导致控制输入为高频时前馈控制器的幅值太大；为了设计严格正则的动态前馈控制器，将通过串联下述低通滤波器的方法消除的高频分量其中T为采样周期，，可依次取为100、120、140、160…等值；步骤三：预测控制-动态前馈补偿的复合控制设计综合步骤一和步骤二设计的预测控制器和动态前馈控制器，采用前馈-反馈复合控制方法对系统进行校正，实现废塑料裂解反应釜压力平衡的有效控制；根据步骤一和步骤二，最终可得系统的预测控制-动态前馈复合控制律为其中。