煤气混合解耦控制方法的研究

【摘要】：在钢铁企业中,一些设备如高炉、焦炉和转炉都会生成副产品---煤气。将这些煤气合理的利用起来,不仅节约能源,而且降低环境污染,是钢铁生产的重要环节。将不同种类的煤气根据钢铁生产的实际工艺情况,分类加以利用是各个钢铁企业的普遍做法。在实际应用中,将两种或两种以上的煤气混合利用的方法,在钢铁企业中是最常用的一种方式。 混合煤气在实际使用时用户往往要求混合气的热值和压力稳定,但是混合过程中由于受到用户用量的变化,来气压力的波动的影响,使得混合煤气的热值和压力经常处于不稳定的状态。如何控制混合煤气的压力和热值,满足生产工艺的要求,对于控制方法,控制系统提出了更高的要求。同时混合煤气熟值和压力稳定与否,影响到煤气质量、设备寿命、生产环境以及钢铁生产的质量和产量。因此研究煤气混合过程控制对钢铁工业生产有着重要的意义。 煤气混合过程是一个高度复杂的工业过程,具有多变量强耦合、非线性、不确定性、时变、难以建立数学模型等控制难点。使用传统PID控制难以解决,采用模糊解耦的方法不但可以系统地非线性,还能将多变量系统进行解耦,很好地解决系统的耦合问题,从而为解决煤气混合控制提供了一个新的方法。 本文在第一章对煤气混合的相关技术做了简要的介绍。包括研究的背景,研究的意义。在第二章,在充分分析煤气混合过程的特点和控制难点的基础上,提出一种智能集成解耦控制算法。并实现解耦控制。其中,重点介绍了煤气混合过程,在第三章,重点阐述了西门子S7-400H。第四章中,针对煤气混合过程单变量的变化特性,利用专家控制算法对特殊工况条件下的模糊控制输出作适当调整;然后,采用模糊解耦控制算法实现煤气混合过程的多变量之间的解耦。 本文在总结操作人员的经验,分析煤气混合过程特性和蝶阀属性的基础上,采用基于专家规则的模糊解耦控制算法,克服回路间的相互干扰,近似地将多变量过程分解为独立的单输入单输出过程。提出了热值/压力模糊控制器的设计,设计了蝶阀控制器。通过分析蝶阀属性,推导蝶阀并联、串联的相对增益矩阵,给出煤气热值压力解耦控制规则的设计,该方案明显提高了控制精度,减少了混合煤气、压力热值的波动,能够很好的满足了煤气用户的要求。 【关键词】：煤气混合过程 压力和热值 解耦控制 模糊控制
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TF055;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 课题意义13-14
• 1.4 本文主要工作14-15
• 1.5 本章小结15-17
• 第2章 煤气混合工艺17-27
• 2.1 煤气混合过程描述17-20
• 2.1.1 高炉、焦炉煤气混合加压过程17-20
• 2.1.2 煤气混合站工艺流程20
• 2.2 四蝶阀数学模型20-25
• 2.2.1 蝶阀并联相对增益矩阵模型20-23
• 2.2.2 蝶阀串联相对增益矩阵模型23-25
• 2.3 本章小结25-27
• 第3章 可编程控制器及控制对象分析27-37
• 3.1 可编程控制器27-29
• 3.2 S7-400H硬件及接口29-33
• 3.2.1 S7-400H硬件系统29-32
• 3.2.2 接口模块32-33
• 3.3 控制对象分析33-36
• 3.3.1 煤气混合控制要求33
• 3.3.2 煤气混合控制问题与难点33-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 模糊解耦控制算法设计37-47
• 4.1 模糊解耦控制结构37-38
• 4.2 模糊解耦控制的基本思想38-39
• 4.3 控制算法设计39-42
• 4.3.1 控制算法的总体设计39-41
• 4.3.2 单回路控制算法设计41-42
• 4.4 模糊解耦控制42-46
• 4.5 小结46-47
• 第5章 煤气混合控制分析与结果比较47-63
• 5.1 高炉、焦炉煤气混合加压过程模糊解耦控制47-52
• 5.1.1 系统整体框架47-49
• 5.1.2 系统控制软件结构49-50
• 5.1.3 系统控制算法实现50-52
• 5.2 系统控制结果及分析52-54
• 5.3 多座焦炉集气管压力的智能解耦控制54-58
• 5.3.1 系统整体框架54-55
• 5.3.2 控制软件结构55-58
• 5.3.3 控制算法实现58
• 5.4 运行结果与分析58-60
• 5.5 本章小结60-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 6.1 结论63-64
• 6.2 展望64-65
• 参考文献65-67
• 致谢67

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