CN105423334B - 热风炉燃烧过程智能控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，包括专家协调控制器，用于识别燃烧状态，选择不同燃烧阶段的模糊控制器；快速加热期空燃比寻优模糊控制器，用于在快速加热期，输出空燃比的调节增量；拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器，用于在拱顶温度管理期，输出空气煤气流量比的调节增量；流量给定计算模块，用于计算煤气流量设定值和空气流量设定值；流量模糊专家控制器，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。本发明实现燃烧过程煤气流量和空燃比的优化控制，达到优化燃烧、节约能源的目的。
Description
技术领域
本发明属于高炉系统控制领域，特别涉及一种热风炉燃烧过程的智能控制系统及方法。
背景技术
在钢铁企业中，热风炉是高炉炼铁生产中的重要设备之一，它为高炉提供高温热风。多年的生产实践证明，提高风温是高炉炼铁过程中提高利用系数、降低焦比和提高喷煤量的一项行之有效的措施。优化热风炉燃烧过程的操作，可以提高热风炉的热效率和送风温度，降低单位热风能耗，延长热风炉使用寿命，对于高炉炼铁生产有很大的现实意义。
在炼铁生产过程中，伴随产生了大量的高炉煤气，由于高炉煤气量随高炉炉况的变化而改变，高炉煤气管道中的煤气压力和煤气成分也不断的变化，使得热风炉燃烧过程煤气流量和空燃比发生变化，导致煤气流量和空燃比无法保持在最优状态，影响到热风炉燃烧过程的蓄热量和蓄热效率，并且造成煤气的浪费和环境的污染。由此可见，实时优化空燃比设定、实现热风炉燃烧过程智能优化控制在炼铁生产过程中有着十分重要的意义。由于热风炉加热燃烧系统是具有高度非线性、时变特性、扰动变化激烈且幅值大的多变量系统，而且难以建立其精确的数学模型，采用传统的经典控制手段是难以达到控制要求，必须采用新型的智能优化控制方法来解决这一问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种热风炉燃烧过程的智能控制系统及方法，结合国内钢铁企业热风炉燃烧的实际情况，针对燃烧控制的难点，将模糊控制和专家控制相结合，实现燃烧过程煤气流量和空燃比的优化控制，达到优化燃烧、节约能源的目的。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，其特征在于：它包括：
专家协调控制器，用于通过拱顶温度检测值和设定值以及废气温度检测值和设定值判定来识别燃烧状态，同时来选择不同燃烧阶段的模糊控制器；
快速加热期空燃比寻优模糊控制器，用于在快速加热期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化方向r作为输入值，空燃比的调节增量作为输出值；
拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器，用于在拱顶温度管理期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度偏差和温升速率作为控制输入，空气煤气流量比的调节增量作为控制输出；
流量给定计算模块，用于通过煤气流量检测值、空气流量检测值、以及快速加热期空燃比寻优模糊控制器和拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器的输出值，计算煤气流量设定值和空气流量设定值；
流量模糊专家控制器，用于接收煤气流量设定值和空气流量设定值，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
按上述系统，所述的专家协调控制器通过以下规则选择不同燃烧阶段的模糊控制器：
当拱顶温度<t1且废气温度<t废，则选择快速加热期最佳空燃比寻优控制器；
当t1≤拱顶温度<t2且废气温度<t废，则选择拱顶温度管理期最佳空燃比寻优控制器；
当拱顶温度≥t2且废气温度<t废，则减小煤气流量；
当废气温度≥t废，则燃烧过程结束，关闭煤气阀门、减小空气阀门，同时，给出语音和文字提示，要求操作人员进行将热风炉转为闷炉状态。
按上述系统，所述的快速加热期空燃比寻优模糊控制器包括模糊化模块、模糊推理模块和解模糊模块，其中：
模糊化模块用于将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化的方向r模糊化后求得对应的论域E和R，对论域建立模糊规则，论域的隶属度函数采用三角形隶属函数；
设定拱顶温升速度差e的范围，并确定e到其论域E的映射式为：
式中，eL为拱顶温升速度查最小值，eH为拱顶温升速度差最大值；
设定空燃比变化方向r的范围，并确定r到其论域R的映射式为：
式中，rL为空燃比变化方向最小值，rH为空燃比变化方向最大值；
模糊推理模块用于采用推理法计算模糊控制查询表，得到控制输出u；
解模糊模块用于根据控制输出，求取空燃比的增量Δuk，将Δuk加上当前空燃比的实际值uk实，即为空燃比优化设定值uk设定＝uk实+Δuk。
按上述系统，所述的拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器的规则为：
规则1 IF e＞8 and ec＞0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则2 IF e＜-8 and ec＜-0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则3 IF |e|＜2 and |ec|＜0.04
THEN Ku＝0.7Ku Ke＝Ke/0.7 Kec＝Kec/0.7
式中e为拱顶温升速度差，ec为拱顶温升速度差的变化率，Ke、Kec、Ku为常规模糊控制中的量化因子和比例因子，Ke、Kec、Ku为专家修正后的量化因子和比例因子。
基于上述一种热风炉燃烧过程的智能控制系统实现的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、采用专家控制器，通过拱顶温度检测值和设定值以及废气温度检测值和设定值判定来识别燃烧状态，同时来选择不同燃烧阶段的控制策略；
S2、采用模糊控制器，在快速加热期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化方向r作为输入值，空燃比的调节增量作为输出值；
S3、采用模糊控制器，在拱顶温度管理期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度偏差和温升速率作为控制输入，空气煤气流量比的调节增量作为控制输出；
S4、通过煤气流量检测值、空气流量检测值、以及S2和S3的输出，计算煤气流量设定值和空气流量设定值；
S5、接收煤气流量设定值和空气流量设定值，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
按上述方法，所述的S1通过以下规则选择不同燃烧阶段的控制策略：
当拱顶温度<t1且废气温度<t废，则选择快速加热期最佳空燃比寻优控制器；
当t1≤拱顶温度<t2且废气温度<t废，则选择拱顶温度管理期最佳空燃比寻优控制器；
当拱顶温度≥t2且废气温度<t废，则减小煤气流量；
当废气温度≥t废，则燃烧过程结束，关闭煤气阀门、减小空气阀门，同时，给出语音和文字提示，要求操作人员进行将热风炉转为闷炉状态。
按上述方法，所述的S2包括以下步骤：
将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化的方向r模糊化后求得对应的论域E和R，对论域建立模糊规则，论域的隶属度函数采用三角形隶属函数；
设定拱顶温升速度差e的范围，并确定e到其论域E的映射式为：
式中，eL为拱顶温升速度查最小值，eH为拱顶温升速度差最大值；
设定空燃比变化方向r的范围，并确定r到其论域R的映射式为：
式中，rL为空燃比变化方向最小值，rH为空燃比变化方向最大值；
采用推理法计算模糊控制查询表，得到控制输出u；
根据控制输出，求取空燃比的增量Δuk，将Δuk加上当前空燃比的实际值uk实，即为空燃比优化设定值uk设定＝uk实+Δuk。
按上述方法，所述的S3的规则为：
规则1 IF e＞8 and ec＞0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则2 IF e＜-8 and ec＜-0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则3 IF |e|＜2 and |ec|＜0.04
THEN Ku＝0.7Ku Ke＝Ke/0.7 Kec＝Kec/0.7
式中e为拱顶温升速度差，ec为拱顶温升速度差的变化率，Ke、Kec、Ku为常规模糊控制中的量化因子和比例因子，Ke、Kec、Ku为专家修正后的量化因子和比例因子。
本发明的有益效果为：通过将专家控制器和模糊控制器相结合，建立智能优化控制算法总体设计结构框架，分阶段对热风炉采用不同的控制手段，实现燃烧过程煤气流量和空燃比的优化控制，达到优化燃烧、节约能源的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为专家控制协调器示意图。
图3是快速加热期空燃比寻优模糊控制器结构图。
图4是快速加热期E、R(A)、U的隶属度函数图。
图5是拱顶温度管理期空燃比寻优控制器结构图。
图6是流量模糊专家控制器结构图。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，包括：
专家协调控制器，用于通过拱顶温度检测值和设定值以及废气温度检测值和设定值判定来识别燃烧状态，同时来选择不同燃烧阶段的模糊控制器。
快速加热期空燃比寻优模糊控制器，用于在快速加热期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化方向r作为输入值，空燃比的调节增量作为输出值。
拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器，用于在拱顶温度管理期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度偏差和温升速率作为控制输入，空气煤气流量比的调节增量作为控制输出。
流量给定计算模块，用于通过煤气流量检测值、空气流量检测值、以及快速加热期空燃比寻优模糊控制器和拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器的输出值，计算煤气流量设定值和空气流量设定值。
流量模糊专家控制器，用于接收煤气流量设定值和空气流量设定值，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
本实施例中，专家协调控制器结构如图2所示，包括特征识别信息处理、知识库、推理机和人机接口。
专家控制协调器的输入集E为：
E＝(R1,e1,R2,e2,Y1,Y2,U)
e1＝R1-Y1
e2＝R2-Y2
式中，R1为拱顶温度设定值；e1为拱顶温度偏差；Y1为拱顶温度检测值；R2为废气温度设定值；e2为废气温度偏差；Y2为废气温度检测值。
通过以下规则选择不同燃烧阶段的模糊控制器：
当拱顶温度<t1且废气温度<t废，则选择快速加热期最佳空燃比寻优控制器；
当t1≤拱顶温度<t2且废气温度<t废，则选择拱顶温度管理期最佳空燃比寻优控制器；
当拱顶温度≥t2且废气温度<t废，则减小煤气流量；
当废气温度≥t废，则燃烧过程结束，关闭煤气阀门、减小空气阀门，同时，给出语音和文字提示，要求操作人员进行将热风炉转为闷炉状态。
本实施例中，t1为1300摄氏度，t2为1320摄氏度，t废为400摄氏度。
本实施例中，所述的快速加热期空燃比寻优模糊控制器如图3所示，包括模糊化模块、模糊推理模块和解模糊模块，其中：
模糊化模块用于将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化的方向r模糊化后求得对应的论域E和R，对论域建立模糊规则，论域的隶属度函数采用三角形隶属函数，如图4所示；
设定拱顶温升速度差e的范围(本实施例中为[-6,6])，并确定e到其论域E的映射式为：
式中，eL为拱顶温升速度查最小值，eH为拱顶温升速度差最大值；
设定空燃比变化方向r的范围(本实施例中为[-1,1])，并确定r到其论域R的映射式为：
式中，rL为空燃比变化方向最小值，rH为空燃比变化方向最大值；
模糊推理模块用于采用推理法计算模糊控制查询表，得到控制输出u；
在模糊控制中，对建立的模糊规则要经过模糊推理才能决策出控制变量，本系统采用了Mamdani推理法，其实质就是加权平均法。
本系统采用在控制技术中常用的面积重心法。面积重心法的计算式为：
式中ui为控制量论域中的第i个元素，μ(ui)为ui对应的隶属度，u0为解模糊后算出的精确控制量。
表1快速加热期最佳空燃比寻优控制查询表
解模糊模块用于根据控制输出，求取空燃比的增量Δuk，将Δuk加上当前空燃比的实际值uk实，即为空燃比优化设定值uk设定＝uk实+Δuk。
本实施例中，所述的拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器目标要求是：保持拱顶温度稳定在设定值，以较大的空气过剩系数进行燃烧，加强对流传热，以利于废气温度的提升。当拱顶温度超过设定值，则加大空燃比；反之，减小空燃比。拱顶温度偏差及其变化率和该阶段的最优空燃比具有较大的相关性。
常规的模糊控制器控制精度不高，在给定值附近易发生周期性的波动，且难以处理控制复杂系统所需要的启发性知识，将专家系统与模糊控制集成有利于弥补上述不足，且能在线修正控制规则，设计出的拱顶温度管理期空燃比寻优专家模糊控制器见图5，其规则为：
规则1 IF e＞8 and ec＞0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则2 IF e＜-8 and ec＜-0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则3 IF |e|＜2 and |ec|＜0.04
THEN Ku＝0.7Ku Ke＝Ke/0.7 Kec＝Kec/0.7
式中e为拱顶温升速度差，ec为拱顶温升速度差的变化率，Ke、Kec、Ku为常规模糊控制中的量化因子和比例因子，Ke、Kec、Ku为专家修正后的量化因子和比例因子。
这种以过程性知识为中心的产生式规则具有很强的模块性，每条规则可以独立的增删、修改，便于补充和更新，具有较强的灵活性。
流量模糊专家控制器采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
在煤气支管流量和空气支管流量的控制过程中，把模糊控制与专家控制结合起来，模糊控制根据流量变化给出阀门开度增量值，专家控制根据煤气主管压力波动和助燃风压力变化，采用前馈控制策略对阀门开度增量进行修正，建立流量控制器。其中，阀门的控制周期为15s。流量阀门控制器的结构如图6所示。通过采用模糊控制和专家控制，既保证了较好的控制精度，又达到了快速响应的效果。将模糊控制器得出的控制增量Δu1和专家控制器得出的控制量增量Δu2合成，得出总的煤气支管流量调节阀控制量增量：Δu＝Δu1+Δu2。将模糊控制器得出的控制增量Δu1和专家控制器得出的控制量增量Δu3合成，得出总的空气支管流量调节阀控制量增量：Δu＝Δu1+Δu3。从而得到阀门开度的控制量，实现热风炉燃烧过程流量的优化控制。
基于上述一种热风炉燃烧过程的智能控制系统实现的控制方法，包括以下步骤：
S1、采用专家控制器，通过拱顶温度检测值和设定值以及废气温度检测值和设定值判定来识别燃烧状态，同时来选择不同燃烧阶段的控制策略。
具体通过以下规则选择不同燃烧阶段的控制策略：
当拱顶温度<t1且废气温度<t废，则选择快速加热期最佳空燃比寻优控制器；
当t1≤拱顶温度<t2且废气温度<t废，则选择拱顶温度管理期最佳空燃比寻优控制器；
当拱顶温度≥t2且废气温度<t废，则减小煤气流量；
当废气温度≥t废，则燃烧过程结束，关闭煤气阀门、减小空气阀门，同时，给出语音和文字提示，要求操作人员进行将热风炉转为闷炉状态。
S2、采用模糊控制器，在快速加热期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化方向r作为输入值，空燃比的调节增量作为输出值。
包括以下步骤：
将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化的方向r模糊化后求得对应的论域E和R，对论域建立模糊规则，论域的隶属度函数采用三角形隶属函数；
设定拱顶温升速度差e的范围，并确定e到其论域E的映射式为：
式中，eL为拱顶温升速度查最小值，eH为拱顶温升速度差最大值；
设定空燃比变化方向r的范围，并确定r到其论域R的映射式为：
式中，rL为空燃比变化方向最小值，rH为空燃比变化方向最大值；
采用推理法计算模糊控制查询表，得到控制输出u；
根据控制输出，求取空燃比的增量Δuk，将Δuk加上当前空燃比的实际值uk实，即为空燃比优化设定值uk设定＝uk实+Δuk。
S3、采用模糊控制器，在拱顶温度管理期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度偏差和温升速率作为控制输入，空气煤气流量比的调节增量作为控制输出。
S3的规则为：
规则1 IF e＞8 and ec＞0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则2 IF e＜-8 and ec＜-0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则3 IF |e|＜2 and |ec|＜0.04
THEN Ku＝0.7Ku Ke＝Ke/0.7 Kec＝Kec/0.7
式中e为拱顶温升速度差，ec为拱顶温升速度差的变化率，Ke、Kec、Ku为常规模糊控制中的量化因子和比例因子，Ke、Kec、Ku为专家修正后的量化因子和比例因子。
S4、通过煤气流量检测值、空气流量检测值、以及S2和S3的输出，计算煤气流量设定值和空气流量设定值；
S5、接收煤气流量设定值和空气流量设定值，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
需要说明的是，专家控制器和模糊控制器的具体构建为常规技术手段，本发明没有做过多阐述，本发明的创新点在于如何合理的利用专家控制器和模糊控制器，在不同的阶段选用更为合理的控制手段，从而使得热风炉处于最佳燃烧状态。
综上所述，针对国内钢铁企业热风炉送风风温不高、燃烧煤气热值低、缺乏检测设备的普遍现状，本发明在充分分析热风炉燃烧过程拱顶温度和空燃比关系的基础上，提出一种基于专家修正的模糊控制算法对空燃比进行智能寻优。其中，模糊控制器对空燃比进行模糊寻优，专家控制器给出相应的补偿控制量修正模糊控制输出，实现了专家模糊控制算法在热风炉燃烧过程中的空燃比寻优，取得较好的寻优效果。同时，通过分析热风炉内气体流动的特点，针对不同的工况，采用模糊控制和专家控制相结合的方式，建立调节阀开度与煤气流量之间的关系模型，实时优化控制煤气流量和空气流量跟随空燃比和煤气流量的优化设定值，使热风炉处于最佳燃烧状态。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，其特征在于：它包括：
专家协调控制器，用于通过拱顶温度检测值和设定值以及废气温度检测值和设定值判定来识别燃烧状态，同时来选择不同燃烧阶段的模糊控制器；
快速加热期空燃比寻优模糊控制器，用于在快速加热期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化方向r作为输入值，空燃比的调节增量作为输出值；
拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器，用于在拱顶温度管理期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度偏差和温升速率作为控制输入，空气煤气流量比的调节增量作为控制输出；
流量给定计算模块，用于通过煤气流量检测值、空气流量检测值、以及快速加热期空燃比寻优模糊控制器和拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器的输出值，计算煤气流量设定值和空气流量设定值；
流量模糊专家控制器，用于接收煤气流量设定值和空气流量设定值，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
2.根据权利要求1所述的一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，其特征在于：所述的专家协调控制器通过以下规则选择不同燃烧阶段的模糊控制器：
当拱顶温度<t1且废气温度<t废，则选择快速加热期最佳空燃比寻优控制器；
当t1≤拱顶温度<t2且废气温度<t废，则选择拱顶温度管理期最佳空燃比寻优控制器；
当拱顶温度≥t2且废气温度<t废，则减小煤气流量；
当废气温度≥t废，则燃烧过程结束，关闭煤气阀门、减小空气阀门，同时，给出语音和文字提示，要求操作人员进行将热风炉转为闷炉状态；
t1、t2、t废均为预设值。
3.根据权利要求1所述的一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，其特征在于：所述的快速加热期空燃比寻优模糊控制器包括模糊化模块、模糊推理模块和解模糊模块，其中：
模糊化模块用于将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化的方向r模糊化后求得对应的论域E和R，对论域建立模糊规则，论域的隶属度函数采用三角形隶属函数；
设定拱顶温升速度差e的范围，并确定e到其论域E的映射式为：
<mrow>
<mi>E</mi>
<mo>=</mo>
<mn>6</mn>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
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<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
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<mo>(</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，eL为拱顶温升速度差最小值，eH为拱顶温升速度差最大值；
设定空燃比变化方向r的范围，并确定r到其论域R的映射式为：
<mrow>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，rL为空燃比变化方向最小值，rH为空燃比变化方向最大值；
模糊推理模块用于采用推理法计算模糊控制查询表，得到控制输出u；
解模糊模块用于根据控制输出，求取空燃比的增量Δuk，将Δuk加上当前空燃比的实际值uk实，即为空燃比优化设定值uk设定＝uk实+Δuk。
4.根据权利要求1所述的一种热风炉燃烧过程的智能控制系统，其特征在于：所述的拱顶温度管理期空燃比寻优模糊控制器的规则为：
规则1 IF e>8 and ec>0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则2 IF e<-8 and ec<-0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则3 IF |e|<2 and |ec|<0.04
THEN Ku＝0.7Ku Ke＝Ke/0.7 Kec＝Kec/0.7
式中e为拱顶温升速度差，ec为拱顶温升速度差的变化率，Ke、Kec、Ku为常规模糊控制中的量化因子和比例因子，Ke、Kec、Ku为专家修正后的量化因子和比例因子。
5.基于权利要求1所述的一种热风炉燃烧过程的智能控制系统实现的控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：
S1、采用专家控制器，通过拱顶温度检测值和设定值以及废气温度检测值和设定值判定来识别燃烧状态，同时来选择不同燃烧阶段的控制策略；
S2、采用模糊控制器，在快速加热期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化方向r作为输入值，空燃比的调节增量作为输出值；
S3、采用模糊控制器，在拱顶温度管理期，采用双输入单输出的控制结构，将拱顶温度偏差和温升速率作为控制输入，空气煤气流量比的调节增量作为控制输出；
S4、通过煤气流量检测值、空气流量检测值、以及S2和S3的输出，计算煤气流量设定值和空气流量设定值；
S5、接收煤气流量设定值和空气流量设定值，采用反馈加前馈的控制策略，根据理想状态下调节阀流量特性，反馈环节采用模糊控制策略，同时利用前馈环节对压力扰动进行前馈补偿，实现流量的优化控制。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述的S1通过以下规则选择不同燃烧阶段的控制策略：
当拱顶温度<t1且废气温度<t废，则选择快速加热期最佳空燃比寻优控制器；
当t1≤拱顶温度<t2且废气温度<t废，则选择拱顶温度管理期最佳空燃比寻优控制器；
当拱顶温度≥t2且废气温度<t废，则减小煤气流量；
当废气温度≥t废，则燃烧过程结束，关闭煤气阀门、减小空气阀门，同时，给出语音和文字提示，要求操作人员进行将热风炉转为闷炉状态；
t1、t2、t废均为预设值。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述的S2包括以下步骤：
将拱顶温度当前时间段和上一时间段上升速率的差值e和空燃比变化的方向r模糊化后求得对应的论域E和R，对论域建立模糊规则，论域的隶属度函数采用三角形隶属函数；
设定拱顶温升速度差e的范围，并确定e到其论域E的映射式为：
<mrow>
<mi>E</mi>
<mo>=</mo>
<mn>6</mn>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>e</mi>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>e</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
2
式中，eL为拱顶温升速度查最小值，eH为拱顶温升速度差最大值；
设定空燃比变化方向r的范围，并确定r到其论域R的映射式为：
<mrow>
<mi>R</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>r</mi>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>+</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
<mrow>
<mo>(</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>H</mi>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>r</mi>
<mi>L</mi>
</msub>
<mo>)</mo>
<mo>/</mo>
<mn>2</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，rL为空燃比变化方向最小值，rH为空燃比变化方向最大值；
采用推理法计算模糊控制查询表，得到控制输出u；
根据控制输出，求取空燃比的增量Δuk，将Δuk加上当前空燃比的实际值uk实，即为空燃比优化设定值uk设定＝uk实+Δuk。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述的S3的规则为：
规则1 IF e>8 and ec>0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则2 IF e<-8 and ec<-0.2
THEN Ku＝1.3Ku
规则3 IF |e|<2 and |ec|<0.04
THEN Ku＝0.7Ku Ke＝Ke/0.7 Kec＝Kec/0.7
式中e为拱顶温升速度差，ec为拱顶温升速度差的变化率，Ke、Kec、Ku为常规模糊控制中的量化因子和比例因子，Ke、Kec、Ku为专家修正后的量化因子和比例因子。
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| CN101608798A (zh) * | 2009-07-07 | 2009-12-23 | 重庆钢铁(集团)有限责任公司 | 热风炉空燃比控制方法 |
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