烧成系统基于脉冲响应模型的多变量预测控制方法

摘要

本发明公开了一种烧成系统基于脉冲响应模型的多变量预测控制方法，属于工业自动控制领域。该控制方法主要包括脉冲响应预测模型的建立和预测控制回路设计。根据烧成系统的现场数据以及系统机理建立基于受约束最小二乘法的脉冲响应模型。该模型根据系统当前的输入输出以及未来时刻系统输入，预测系统未来时刻的输出，并结合系统输出的设定值与约束条件，根据预测控制机理，通过求解二次优化问题获得系统当前时刻最佳操作值，滤波后施加于烧成系统，使系统工作在最优状态，完成一个控制循环；在下一时刻重复上述步骤，完成预测控制的滚动优化，保证水泥生产烧成系统的稳定与优化运行。

主权项

1.一种烧成系统基于脉冲响应模型的多变量预测控制方法，其特征在于，该预测控制方法包括以下步骤：1)对烧成系统各输入变量进行阶跃响应试验，根据试验数据结合系统机理建立系统脉冲响应预测模型；所述脉冲响应预测模型为一灰箱模型：其中，c₀为偏移系数，u_(k-i+1)j为第j个输入变量第k-i+1个采样输入，h_ij为该输入对应的脉冲响应系数，Y_m(k+1)为模型预测输出，M为建模时域，N为输入变量的个数，包括操作变量和干扰变量；脉冲响应系数h通过求解下面两式组成的受限回归问题确定：min d＝||Ah-x||，其中，A为系统输入矩阵，x为系统当前时刻的操作变量，C、Q、n、m为限制条件矩阵，通过系统机理以及数据统计方法获得，所述烧成系统各输入变量包括：分解炉喂煤量、窑头喂煤量、三次风阀门开度构成的操作变量、生料喂料量构成的干扰变量、顶级旋风筒出口O2含量、顶级旋风筒出口CO含量、分解炉出口温度和窑尾烟室温度构成的受控变量；2)根据当前时刻系统的输出y以及系统输出的设定值s，获得系统的输出参考轨迹：Y_d(k+i)＝C^jY(k)+(1-Cⁱ)S，j＝1，…，H_p，其中，Y_d(k+i)为参考轨迹值，C为柔化系数，Y(k)为当前时刻的实际输出值，S为输出设定值，H_p为预测时域；根据系统脉冲响应预测模型、模型校正以及约束条件，通过求解二次优化问题获得系统当前时刻的操作变量x，完成系统的一个控制循环，在后续的采样周期不断重复该控制循环，保证水泥生产烧成系统的稳定与优化运行； 所述模型校正为二次校正方法：Y_p(k+j)＝Y_m(k+j)-E(k)-cΔE(k)，E(k)＝Y_m(k)-Y(k)，ΔE(k)＝E(k)-E(k-j)，其中，Y_p(k+j)为二次校正后的预测值，Y_m(k+j)为模型预测值，E(k)为预测误差，c为柔化系数，ΔE(k)为预测误差变化率，Y(k)为实际输出；显式的处理约束、操作变量和受控变量均满足线性矩阵不等式形式的约束条件；以二次型目标函数最小为指标，通过求解满足约束条件的二次规划问题：获得系统当前时刻的操作值；其中，J(k)为目标函数值，Y_p(k)二次校正后的预测值，Y_d(k)为参考轨迹值，ΔU(k)操作变量变化值，注意不含干扰变量，Q、R为权重矩阵，是主要的调试变量，Q的维数w是各输出变量重合点数之和，R的维数v是各输入变量的控制时域之和，λ为惩罚因子，ξ为松弛变量，U_inf、U_sup、ΔU_inf、ΔU_sup、Y_inf、Y_sup分别为各变量的上下边界。