CN104384009B - 一种基于Bang‑Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于Bang‑Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，采用Bang‑Bang控制方法将操作人员的“看、等、判断、调”操作经验融合到控制算法中，加快了跟踪误差收敛速度，降低了系统超调，从而使得联合粉磨系统生产过程具有良好的稳定性，达到精确、快速的控制目的。其中针对水泥磨机负荷控制，应用LPV预测控制解决线性时变系统的参数变化和不确定性的控制问题，使系统具有良好的鲁棒性。

Description

一种基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，尤其涉及一种基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法。

背景技术

在水泥生产中，水泥熟料粉磨系统是至关重要的环节，其控制效果的好坏直接关系到水泥生产的质量和产量。随着粉磨工艺的日益成熟，联合粉磨系统被广泛应用。国内大部分联合粉磨系统的控制大部分均是由操作人员手动操作完成。在手动控制方式下，经常会导致稳流仓塌料、球磨机饱磨空磨、提升机电流过高跳停、矿粉仓仓重过高等问题，导致水泥成品粒度不符合粗细要求，严重影响了水泥粉磨的安全、稳定运行。因此，研究一套针对水泥联合粉磨的控制策略是非常有意义的。

联合粉磨系统熟料粉磨过程工艺如图1所示。来自水泥配料站的混合料经过皮带输送机送至辊压机上方的稳流仓中，与选粉机选出的粗颗粒料一起均匀地进入辊压机挤压成料饼，经出辊压机提升机送入选粉机。粗颗粒返回到稳流仓中，细颗粒经过收尘风机的风流带动，进入袋式收尘器，再送入球磨机粉磨。经球磨机粉磨后的细料基本上已经满足细度要求，并根据不同型号的水泥品种要求，按比例掺加超细粉煤灰和矿粉，即可送入成品库。由此看来，水泥联合粉磨系统具有较为明显的大滞后、大惯性、多变量和强耦合等特点。

近年来一些学者也对联合粉磨系统的控制做了研究，利用PID控制和模糊控制等算法来调节控制变量，其缺点是控制算法比较单一，具体的模型未知，调节参数比较多，要依据经验反复试凑和整定，往往不容易达到好的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够对联合粉磨系统主要控制点进行实时、连续、准确地控制的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，旨在解决当前联合粉磨系统生产过程中存在的操作员手动操作的纯滞后、大惯性、多变量和非线性等不足。

本发明是这样实现的，一种基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过结构化查询语言(SQL，Structured Query Language)数据库和过程控制协议标准(OPC，OLE for Process Control)服务器来搭建数据连通平台，使所设计的自动控制软件软件与分布式控制系统(DCS，Distributed Control System)进行数据连通，进行采集主要的控制变量数值和被控变量反馈值，并写入对应的被控变量数值；

(2)在ABB公司(Asea Brown Boveri Ltd.)的自由控制建造器(CBF，ControlBuilder Freelance)组态界面上的手自动切换按钮将控制量切换为手自动，如果选择自动，则执行步骤(3)；如果选择手动，则执行人工设定个控制量的参数值；

(3)步骤(1)中所述的联合粉磨过程的自动控制软件将在线采集的数据进行实时滤波处理；

(4)步骤(1)中所述的联合粉磨过程的自动控制软件采用Bang-Bang(继电器式)控制方法将操作人员的操作经验融合在一起，进行出辊压机提升机电流的自动控制、超细粉煤灰提升机电流的自动控制和矿粉仓仓重的自动控制，并得出最佳稳流仓下料阀开度、超细粉煤灰配比和矿粉仓罗茨风机转速的增量数值；将出磨提升机电流滤波信号带入到基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨线性变参数(LPV，Linear Parameter-Varying)预测控制子模块计算，由Bang-Bang控制子模块输出得到收尘风机转速的增量数值，由基于离散状态观测器出磨提升机电流LPV预测控制子模块得到喂料量和选粉机转速的增量数值；

(5)通过OPC接口将步骤(4)中所设计的联合粉磨过程的自动控制软件相应控制变量的增量值写入步骤(2)中的CBF控制软件AC800F型号的控制器来对现场设备的自动控制。

优选地，在步骤(3)和(4)中，所述联合粉磨过程的控制模块具有目标控制功能，由可图象操作基本VB(Visual Basic)编程语言实现，计算得到的是控制变量的增量，通过OPC写入DCS中，在CBF程序块中使用延时功能块使增量在短时间内只作用一次，防止VB程序与CBF程序时钟不一致导致的增量连续累积问题。

优选地，在步骤(3)中，所述滤波处理采用均值滤波方法进行数据滤波处理，即：

其中，x_i表示某变量值滤波后的第i个数值，x_j表示某变量值在j时刻的实时值，n为均值滤波的周期时间参数，N为自然数集合。

优选地，在步骤(4)中，所述辊压机负荷由出辊压机提升机电流表征；所述的球磨机的磨机负荷由出磨提升机电流表征。

优选地，在步骤(4)中，所述Bang-Bang控制方法用函数定义为：

其中，u_BB为控制子模块的增量输出；ε为偏差阈值；u_bb为调整步长；e(k)为k时刻的被控量偏差值。

优选地，在步骤(4)中，所述基于离散状态观测器的出磨提升机电流LPV预测控制子模块得到喂料量和选粉机转速的增量数值具体包括以下步骤：

A、利用水泥磨机模型的非线性方程：

其中：q是粉磨的成品流量，z是磨机的负荷，r是磨机粉磨不合格品的回粉流量，v是选粉机转速，u是喂料量，d是物料硬度，为选粉机效率。

在期望值x_d＝[q_d,z_d,r_d]^T附近转换成误差的形式：

其中: m＝0.8,n＝4，K_φ1＝-0.1116(t·h)^-1，K_φ2＝16.5(h)^-1，q是粉磨的成品流量，z是磨机的负荷，r是磨机粉磨不合格品的回粉流量，v是选粉机转速，u是喂料量，d是物料硬度；

并在原点附近进行线性离散化，形如：

e(k+1)＝f(e(k),u(k))＝A(α(k))e(k)+B(α(k))u(k) (5)

其中： e(k)和e(k+1)为离散状态的偏差，u(k)为状态空间描述模型的输入值，k为离散时间；

B、设计水泥磨机离散状态观测器，将离散化后的方程的e(k)用来估计，得到：

求解约束方程：

j＝1,2,...,m

得到使式(6)渐近稳定的观测器的增益L_P：

其中：和u(k+i|k)为k+i时刻水泥磨机预测控制子模块的状态和输入；

C、设计水泥磨机预测控制子模块，求取预测控制子模块的输入：

(9)

其中： P_j＝ξW_j， *代表对称位置的转置。

优选地，在步骤C中，设计出控制子模块输入式(9)施加给系统的同时，保证系统的输出渐近稳定，即满足：

其中，和u(k+i|k)为k+i时刻水泥磨机预测控制子模块的状态和输入，为最优化指标的下限，正数ξ为最优化指标的上限。

本发明克服现有技术的不足，提供一种基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，采用Bang-Bang控制方法能够将操作人员的“看、等、判断、调”操作经验融合到算法中，加快跟踪误差收敛速度，降低了系统超调，从而使得控制过程具有良好的稳定性，达到精确、快速的控制目的。其中针对水泥磨机负荷控制，应用线性变参数(LPV，LinearParameter-Varying)预测控制解决线性时变系统的参数变化和不确定性的控制问题，使系统具有良好的鲁棒性。

相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用均值滤波方法进行数据滤波。通过结合操作人员“看、等、判断、调”的操作经验，对不同被控变量确定了合理的滤波时间参数，解决了数据的大波动，避免了噪声对后续控制的影响；

(2)本发明基于Bang-Bang控制方法的控制子模块，能够加快跟踪误差收敛速度，从而使得联合粉磨系统控制误差范围符合工程要求，有效防止了空磨和堵磨等异常工况的发生；

(3)本发明基于离散状态观测器的球磨机磨机LPV预测控制子模块，能够保证出磨提升机电流跟踪误差在比较小的范围，达到精确、快速的控制目的。

附图说明

图1为现有联合粉磨系统熟料粉磨过程工艺图；

图2为本发明控制系统实现结构图；

图3为本发明基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制原理总图；

图4为本发明出辊压机提升机电流与稳流仓下料阀开度回路Bang-Bang控制流程图；

图5为本发明基于Bang-Bang控制的出磨提升机电流预测控制针对收尘风机转速控制的流程图；

图6为本发明超细粉煤灰提升机电流与超细粉煤灰配比回路Bang-Bang控制流程图；

图7为本发明矿粉仓仓重与矿粉仓罗茨风机转速回路Bang-Bang控制流程图；

图8为本发明基于离散状态观测器的出磨提升机电流LPV预测控制方法原理图；

图9为本发明出辊压机提升机电流与稳流仓下料阀开度回路控制效果示例图；

图10为本发明出磨提升机电流与收尘风机转速回路控制效果示例；

图11为本发明超细粉煤灰提升机电流与超细粉煤灰配比回路控制效果示例；

图12为本发明矿粉仓仓重与矿粉仓罗茨风机转速回路控制效果示例；

图13为本发明水泥粉磨合格品的成粉流量响应曲线图；

图14为本发明水泥粉磨不合格品的回粉流量响应曲线图；

图15为本发明水泥粉磨的磨机出磨提升机电流响应曲线图；

图16为本发明水泥粉磨选粉机转速对时间控制变化图；

图17为本发明水泥粉磨喂料量响应曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所涉及的数据都是依据某水泥厂4000T/D的联合粉磨系统生产线的现场数据。下面将主要从系统实现和自动控制软件的设计两个方面介绍本发明。

一、系统的实现

采用Visual Basic编程语言对自动控制软件、OPC Client软件以及与数据库SQL连接的配置软件等进行开发，以软件包形式挂载在操作员站的计算机上。

如图2所示，通过SQL数据库和Freelance OPC-Server服务器使自动控制软件与DCS系统进行数据连通。通过OPC Client用户界面来配置与Freelance OPC-Server连接，并配置相应的数据库名和服务器名，进行数据库的连接。DCS系统通过Freelance OPC-Server服务器采集主要被控变量和控制变量的数据到SQL数据库里等待自动控制软件程序的调用。

按照系统实施结构配置完成以及连通就绪后，操作员即可在CBF组态界面上的手自动切换按钮将控制量切换为手自动，如果选择自动，则执行自动控制软件的增量输出进行作用于控制量；如果选择手动，则执行操作员人工设定个控制量的参数值。

相应的控制变量的增量值写入AC800F控制器，在实现过程中会出现VB程序与AC800F程序时钟不一致导致的增量连续累积问题，可以在AC800F程序块中使用延时功能块使增量在短时间内只作用与控制变量一次的方法来解决此问题。

二、自动控制软件的设计及分析

水泥联合粉磨系统的自动控制软件是基于Bang-Bang控制的预测控制来设计的，其原理总图如图3所示，设计具有以下步骤。

1、数据滤波

为避免采集信号的剧烈抖动，将在线采集的所涉及的变量数据进行实时均值滤波处理。

数据滤波采用均值滤波方法，即：

其中，x_i表示某变量值滤波后的数值，x_j表示某变量值某时刻的实时值，n为均值滤波的周期时间参数，N为自然数集合。

2、基于Bang-Bang控制分回路控制子模块的设计

针对水泥联合粉磨过程中的出辊压机提升机电流、超细粉煤灰提升机电流和矿粉仓仓重存在的剧烈波动问题，采用Bang-Bang控制方法和解耦分回路控制方法解决，其中采用延时的方法来避免大延时对控制效果的影响。

2.1基于Bang-Bang控制的出辊压机提升机电流自动控制

对于出辊压机提升机电流与稳流仓下料阀开度回路，采用Bang-Bang控制策略，其控制流程如图4所示。首先，辊压机由于物料不均，当细料比较多时，辊压机辊缝内的物料就会容易产生塌料。为防止此问题，本回路的程序首先对出辊压机提升机电流做判断，当连续三秒都大于130A时，对执行全关操作，直到出辊压机提升机电流低于110A时再直接将稳流仓下料阀阀门开度开到30％。然后，再根据操作员设定的出辊压机提升机电流期望值来对稳流仓下料阀阀门开度进行加减5％操作。最后，由于物料从稳流仓运送到出辊压机提升机大约需要1分钟的路程，所以当稳流仓下料阀阀门开度改动时，出辊压机提升机电流的响应会有滞后。对此，从稳流仓下料阀阀门开度发生改动开始，进行延时60秒不进行调节，直到延时时间跑完才进入程序的开始。在实施过程中取得了良好的控制效果，图9为出辊压机提升机电流与稳流仓下料阀开度回路控制效果示例。

2.2基于Bang-Bang控制的出磨提升机电流自动控制

对于出磨提升机电流与收尘风机转速回路，图5给出了基于Bang-Bang控制的出磨提升机电流预测控制中针对收尘风机转速Bang-Bang控制的流程图。对出磨提升机电流采用以10s为参数的均值滤波，再根据操作员设定的出磨提升机电流期望值，当偏差大于设定的阈值范围时，通过对收尘风机转速进行加减10rpm操作来避免出磨提升机电流大的波动。由于物料从袋式收尘仓运送到出磨提升机大约需要4分钟的路程，所以当收尘风机转速改动时，出磨提升机电流的响应会有大约4分钟的滞后。对此，从收尘风机转速发生改动开始，进行延时240秒，直到延时时间跑完才进入程序的开始。在实施过程中取得了良好的控制效果，图10为出磨提升机电流与收尘风机转速回路控制效果示例。

2.3基于Bang-Bang控制的超细粉煤灰提升机电流自动控制

对于超细粉煤灰提升机电流与超细粉煤灰配比回路，其Bang-Bang控制流程如图6所示。对超细粉煤灰提升机电流采用以5s为参数的均值滤波，再读取操作员设定的超细粉煤灰提升机电流上下限设定值。由于超细粉煤灰的配比大部分都在6％～14％之间，所以首先要对当前的超细粉煤灰配比做判断，小于6％或大于14％时，超细粉煤灰配比不能再改动；当处于6％～14％之间时执行下一步。当超细粉煤灰提升机电流高于操作员设定的上限设定值或低于下限设定值时，通过对超细粉煤灰配比进行加减(5/总量给定)*100的操作来避免超细粉煤灰提升机电流大的波动。由于粉煤灰从配料台秤运送到超细粉煤灰提升机大约需要30s的路程，所以当超细粉煤灰配比改动时，超细粉煤灰提升机电流的响应会有大约30s的滞后。对此，从当超细粉煤灰配比改动开始，进行延时30s不进行调节，直到延时时间跑完才进入程序的开始。在实施过程中取得了良好的控制效果，图11为超细粉煤灰提升机电流与超细粉煤灰配比回路控制效果示例。

2.4基于Bang-Bang控制的矿粉仓仓重自动控制

对于矿粉仓仓重与矿粉仓罗茨风机转速回路，其Bang-Bang控制流程如图7所示。对矿粉仓仓重采用以5s为参数的均值滤波，再读取操作员设定的矿粉仓仓重上下限设定值。由于矿粉仓罗茨风机转速变频大部分都在10Hz～50Hz之间调节，所以首先要对当前的矿粉仓罗茨风机转速做判断，小于10Hz或大于50Hz时，矿粉仓罗茨风机转速不能再改动；当处于10Hz～50Hz之间时执行下一步。当矿粉仓仓重高于操作员设定的上限设定值或低于下限设定值时，通过对矿粉仓罗茨风机转速变频进行加减8Hz的操作来避免矿粉仓仓重大的波动。由于矿粉从矿粉总仓经罗茨风机的风力吹动落到矿粉仓大约需要60s的路程，所以当矿粉仓罗茨风机转速改动时，矿粉仓仓重的响应会有大约60s的滞后。对此，从当矿粉仓罗茨风机转速改动开始，进行延时60s不进行调节，直到延时时间跑完才进入程序的开始。在实施过程中取得了良好的控制效果，图12为矿粉仓仓重与矿粉仓罗茨风机转速回路控制效果示例。

3、基于Bang-Bang控制的出磨提升机电流预测控制子模块设计

针对出磨提升机电流的跟踪控制问题，图5给出了基于Bang-Bang控制的出磨提升机电流预测控制中针对收尘风机转速Bang-Bang控制的流程图，保证了出磨提升机电流有界，在出磨提升机电流与其设定的期望值偏差较小时，采用基于离散状态观测器的出磨提升机电流LPV预测控制子模块，输出得到喂料量和选粉机转速的增量数值，来保证出磨提升机电流跟踪误差符合工程要求。其中有关出磨提升机电流Bang-Bang控制已在2.2中详述，下面将给出基于离散状态观测器的出磨提升机电流LPV预测控制方法，其原理如图8所示。

3.1水泥磨机模型线性离散化

磨机模型是由三个非线性微分方程组成，如式(2)所示：

其中：q是粉磨的成品流量，z是磨机的出磨提升机电流，r是磨机粉磨不合格品的回粉流量，v是选粉机转速，u是喂料量，d是物料硬度。

在期望值x_d＝[q_d,z_d,r_d]^T附近转换成误差的形式：

其中: m＝0.8,n＝4， K_φ1＝-0.1116(t·h)^-1，K_φ2＝16.5(h)^-1，q是粉磨的成品流量，z是磨机的负荷，r是磨机粉磨不合格品的回粉流量，v是选粉机转速，u是喂料量，d是物料硬度。选粉机的选粉效率为：

并在原点附近进行线性离散化，形如：

e(k+1)＝f(e(k),u(k))＝A(α(k))e(k)+B(α(k))u(k) (5)

其中： e(k)和e(k+1)为离散状态的偏差，u(k)为状态空间描述模型的输入值，k为离散时间。

转换后的离散方程是以误差形式给出的，下面针对转换后的离散化方程进行基于离散状态观测器的水泥磨机LPV预测控制子模块设计。

3.2水泥磨机离散状态观测器的设计

将离散化后的方程的e(k)用来估计，得到：

其中，L_P为待设计的水泥磨机出磨提升机电流状态观测器增益，用水泥磨机出磨提升机电流观测器误差来估计水泥磨机出磨提升机电流误差e(k)。

求解约束方程：

j＝1,2,...,m

假设存在正定对称矩阵p和Y＝PL_P，满足LMI约束方程式(8)，则式(6)是渐近稳定的。

其中：和u(k+i|k)为k+i时刻水泥磨机预测控制子模块的状态和输入。

3.3水泥磨机预测控制子模块的设计

对于约束条件0＜u_k+i|k＜u_max的水泥磨机误差方程式(5)，若存在矩阵Y_j和G_j，对称矩阵W_j和M_j。求取预测控制子模块的输入：

其中： P_j＝ξW_j， Q和R为正定对称矩阵， *代表对称位置的转置。

设计出控制子模块输入式(9)施加给系统，也要保证系统的输出渐近稳定，即存在正数ξ满足：

其中，和u(k+i|k)为k+i时刻水泥磨机预测控制子模块的状态和输入，为最优化指标的下限，正数ξ为最优化指标的上限。

3.4水泥磨机预测控制子模块的仿真分析

通过MATLAB对水泥磨机预测控制子模块进行了仿真分析，验证基于离线状态观测器的LPV预测控制的可行性。

在仿真的水泥磨机粉磨系统中将期望值设定为x_d＝[110,65,450]，即控制目的是磨机出磨提升机电流在65A左右，成粉流量为110t/h，不合格流量(回粉量)为450t/h。选取水泥粉磨喂料量120t/h，选粉机转速为600r/min。选取x₀＝[105,52,452]为磨机非线性系统的初始状态，为状态观测器初始状态。离线求解水泥磨机LMI得到水泥磨机的观测器增益L_P,求出的水泥磨机出磨提升机电流LPV预测控制子模块的增益进而求出控制量u(k+i|k)。

观测器仿真结果如图13～15所示。由图可以看出，仿真验证的水泥磨机LPV预测控制的输出是渐近稳定的，水泥磨机的成粉量误差在0.001的范围内，合格品的误差和水泥磨机出磨提升机电流的误差几近为0。水泥粉磨合格品控制的设计具有一定的可行性。

图16和图17是水泥磨机选粉机转速给定和喂料量响应曲线。由图看出在仿真时间200s的时候，选粉机的转速下降，喂料量上升，通过这个调节水泥磨机的出磨提升机电流和成粉流量，使它们的状态误差趋于0。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过结构化查询语言SQL数据库和过程控制协议标准OPC服务器来搭建数据连通平台，使所设计的自动控制软件与分布式控制系统DCS进行数据连通，进行采集主要的控制变量数值和被控变量反馈值，并写入对应的被控变量数值；

(2)在自由控制建造器CBF组态界面上的手自动切换按钮将控制量切换为手自动，如果选择自动，则执行步骤(3)；如果选择手动，则执行人工设定个控制量的参数值；

(3)步骤(1)中所述的联合粉磨过程的自动控制软件将在线采集的数据进行实时滤波处理；

(4)步骤(1)中所述的联合粉磨过程的自动控制软件采用Bang-Bang控制方法将操作人员的操作经验融合在一起，进行出辊压机提升机电流的自动控制、超细粉煤灰提升机电流的自动控制和矿粉仓仓重的自动控制，并得出最佳稳流仓下料阀开度、超细粉煤灰配比和矿粉仓罗茨风机转速的增量数值；将出磨提升机电流滤波信号带入到基于Bang-Bang控制方法的水泥联合粉磨线性变参数LPV预测控制子模块计算，由Bang-Bang控制方法的控制子模块输出得到收尘风机转速的增量数值，由基于离散状态观测器出磨提升机电流LPV预测控制子模块得到喂料量和选粉机转速的增量数值；

(5)通过OPC接口将步骤(4)中所设计的联合粉磨过程的自动控制软件相应控制变量的增量值写入步骤(2)中的CBF控制软件AC800F型号的控制器来对现场设备的自动控制。

2.如权利要求1所述的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，在步骤(3)和(4)中，所述联合粉磨过程的控制模块具有目标控制功能，由可图象操作基本VB编程语言实现，计算得到的是控制变量的增量，通过OPC写入DCS中，在CBF程序块中使用延时功能块使增量在短时间内只作用一次，防止VB程序与CBF程序时钟不一致导致的增量连续累积问题。

3.如权利要求2所述的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述滤波处理采用均值滤波方法进行数据滤波处理，即：

$x_i=\frac{1}{n}\underset{j=n(i-1)+1}{\overset{ni}{\mathrm{\Σ}}}{x}_j,i,j\∈N---\left(1\right)$

其中，x_i表示某变量值滤波后的第i个数值，x_j表示某变量值在j时刻的实时值，n为均值滤波的周期时间参数，N为自然数集合。

4.如权利要求3所述的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述辊压机负荷由出辊压机提升机电流表征；球磨机的磨机负荷由出磨提升机电流表征。

5.如权利要求4所述的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述Bang-Bang控制方法用函数定义为：

$u_{BB}=\left\{\begin{array}{cc}-u_{bb}& e\left(k\right)>\mathrm{\&epsiv;}\\ 0& \left|e\left(k\right)\right|\&le;\mathrm{\&epsiv;}\\ u_{bb}& e\left(k\right)<-\mathrm{\&epsiv;}\end{array}\right.---\left(2\right)$

其中，u_BB为控制子模块的增量输出；ε为偏差阈值；u_bb为调整步长；e(k)为k时刻的被控量偏差值。

6.如权利要求5所述的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述基于离散状态观测器的出磨提升机电流LPV预测控制子模块得到喂料量和选粉机转速的增量数值具体包括以下步骤：

A、利用水泥磨机模型的非线性方程：

其中：q是粉磨的成品流量，z是磨机的负荷，r是磨机粉磨不合格品的回粉流量，v是选粉机转速，u是喂料量，d是物料硬度，为选粉机效率；

在期望值x_d＝[q_d,z_d,r_d]^T附近转换成误差的形式：

其中:m＝0.8,n＝4，K_φ1＝-0.1116(t·h)^-1，K_φ2＝16.5(h)^-1，q是粉磨的成品流量，z是磨机的负荷，r是磨机粉磨不合格品的回粉流量，v是选粉机转速，u是喂料量，d是物料硬度；

并在原点附近进行线性离散化，形如：

e(k+1)＝f(e(k),u(k))＝A(α(k))e(k)+B(α(k))u(k) (5)

其中：e(k)和e(k+1)为离散状态的偏差，u(k)为状态空间描述模型的输入值，k为离散时间；

B、设计水泥磨机离散状态观测器，将离散化后的方程的e(k)用来估计，得到：

$\hat{e}(k+1)=A\left(\mathrm{\&alpha;}\right(k\left)\right)\hat{e}+B\left(\mathrm{\&alpha;}\right(k\left)\right)u\left(k\right)+L_p\left(y\right(k)-C\hat{e}(k\left)\right)---\left(6\right)$

求解约束方程：

$\begin{array}{c}\left[\begin{array}{cc}{\mathrm{\&xi;}}^{2}P-L& {({\mathrm{PA}}_j-YC)}^T\\ {\mathrm{PA}}_j-YC& P\end{array}\right]>0\\ j=1,2,...,m\end{array}---\left(7\right)$

得到使式(6)渐近稳定的观测器的增益L_P：

$\hat{e}(k+1+i|k)=A\left(\mathrm{\&alpha;}\right(k\left)\right)\hat{e}(k+i|k)+B\left(\mathrm{\&alpha;}\right(k\left)\right)u(k+i|k)---\left(8\right)$

其中：和u(k+i|k)为k+i时刻水泥磨机预测控制子模块的状态和输入；

C、设计水泥磨机预测控制子模块，求取预测控制子模块的输入：

$u_{k+i|k}=F_k{\hat{x}}_{k+i|k}---\left(9\right)$

其中： *代表对称位置的转置。

7.如权利要求6所述的基于Bang-Bang控制的水泥联合粉磨预测控制方法，其特征在于，在步骤C中，设计出控制子模块输入式(9)施加给系统的同时，保证系统的输出渐近稳定，即满足：

$J_0^{\mathrm{\&infin;}}\left(k\right)<\hat{e}{(k+i|k)}^T{P}_j\hat{e}(k+i|k)<\mathrm{\&xi;}---\left(10\right)$

其中，和u(k+i|k)为k+i时刻水泥磨机预测控制子模块的状态和输入，为最优化指标的下限，正数ξ为最优化指标的上限。