CN114198914B - 一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，属于热风炉燃烧控制方法技术领域。本发明的技术方案是：顶温模糊控制器的输入为顶温误差E和顶温误差的变化量EC，输出控制量为
Figure 515362DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 573448DEST_PATH_IMAGE004
，而
Figure 415502DEST_PATH_IMAGE006
；烟温控制阶段，使用模糊控制算法，烟温模糊控制器的输入为烟气的温升速率偏差E及烟气温升速率变化量EC，输出控制量为
Figure 358181DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 31608DEST_PATH_IMAGE010
，而
Figure 398611DEST_PATH_IMAGE012
，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值。本发明的有益效果是：热风炉的温度自动控制采用模糊控制策略，并按阶段分别控制顶温和烟温升温速度，保证在准确的规定时间内使烟温达标。

Description

一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，属于热风炉燃烧控制方法技术领域。
背景技术
国际上通用的热风炉全自动化系统是以完善的基础自动化加上数学模型或智能控制组成的，但基础自动化所设置的仪表和控制回路较多，特别是要在3、4个热风炉中设置，故投资相当大。此外，目前由于耐火材料的进步，耐温增高，热风炉拱顶不会烧坏，故拱顶没有限温必要，所以这种基础自动化系统大都不好用，许多工厂大型高炉大都使用较简单的系统，即只有煤气总管压力控制和煤气及空气调节阀位或流量自动控制，然后人工控制阀位或流量的设定值或开度。至于设定的数学模型，除了相当复杂外，更需设置自动分析加热煤气各种成分的分析器，这种仪器除了昂贵以外，还需良好的维护，很多工厂难以实现。要使数学模型有效，还要求良好的完善基础自动化。因此数学模型虽然有效但在国内除宝钢以外，很少有工厂设置并得到应用的。
人工控制不但需要专人操作，且难以在热风炉整个燃烧时期各个阶段及时设定煤气和助燃空气流量，也难以在预热煤气和空气温度变化时、高炉所需鼓风温度和流量变化时、助燃空气压力变化时、热风炉蓄热量尚有富裕时，一一及时修正热风炉加热的煤气和空气量，因而达不到节能和优化热风炉操作的目的。故要面对我国的操作和自动化以及维护水平的实况，而需要开发适合于我国的实际情况的、且需低成本和便于推广的热风炉全自动化专家系统。
发明内容
本发明目的是提供一种基于动态跟踪斜率的模糊控制思想的热风炉自动燃烧控制方法，通过实现顶温和烟温的自动运行保障稳定经济燃烧，节约燃料，降低工人劳动强度；通过残氧检测值控制空燃比，对空燃比进行在线校正；由于温度的滞后特性和压力的频繁波动影响，热风炉的温度自动控制采用惯性式、灵敏式模糊控制策略，并按阶段分别控制顶温和烟温升温速度，保证在准确的规定时间内使烟温达标，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种基于动态跟踪斜率的模糊控制思想的热风炉自动燃烧控制方法，包含以下步骤：
步骤一，点火阶段采用适量的煤气量和空气量，用来稳定燃烧状态；快升阶段采用较大的煤气量和空气量，达到快速升顶温的目的；点火阶段、快升阶段采用斜率控制，闷炉阶段采用斜率控制；斜率控制是防止因空气流量、煤气流量呈现断崖式涨跌而造成控制震荡，其作用使空气流量和煤气流量阶梯型增长或者下降至阶段预设值，暂设1000m3/s的斜率控制；煤气流量和空气流量进行均值滤波后参与运算，暂取10s不同时刻的流量数据，其作用防止因野值的出现而造成控制震荡。
顶温控制阶段是在顶温升至目标值附近时，采用模糊控制器稳定顶温；烟温速度控制阶段是在燃烧后期以烟温升温速度为反馈值进行速度控制，保证刚好在规定燃烧周期到时的时刻达到目标烟温；
在模糊控制算法中为了防止拱顶温度、烟气温度的大惯性出现，算法中将偏差变化率的计算方式修改为非相邻的两个偏差做差取得，暂取30s间隔的偏差做差，即将EC(i)＝E(i)-E(i-1)修改为EC(i)＝E(i)-E(i-n)，n＝30。此外，针对不同控制对象，模糊控制的灵敏性也做了修改，算法中将论域等级等分的计算方式修改为非等分，即将{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6修改为{-6,-4,-2.5,-1.5,-1.2,-0.5,0,0.5,1.2,1.5,2.5,4,6}或者{-6,-4,-2.5,-1.5,-0.7,-0.2,0,0.2,0.7,1.5,2.5,4,6}，论域等级-6～6，不均匀分割，模糊控制效果是越靠近0越灵敏。
步骤二，顶温控制阶段，使用模糊控制算法，顶温模糊控制器的输入为顶温误差E和顶温误差的变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，Δu(k)为空气流量设定值增量，上一时刻设定值加上当前空气流量增量作为下一时刻空气流量设定值，因为煤气的热值、压力不稳定，空气的热值、压力稳定，故选用空气流量作为定值。而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值；
步骤三，烟温控制阶段，使用模糊控制算法，烟温模糊控制器的输入为烟气的温升速率偏差E及烟气温升速率变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，Δu(k)为空气流量设定值增量，上一时刻设定值加上当前空气流量增量作为下一时刻空气流量设定值，因为煤气的热值、压力不稳定，空气的热值、压力稳定，故选用空气流量作为定值。而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值。
2、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述空燃比利用残氧检测值控制，设计氧含量的模糊控制器，通过调整空燃比调整残氧检测值在该合理范围内，模糊控制器以氧含量偏差及其变化率为输入，经过模糊化后应用经验总结的模糊规则输出决策，再反模糊化后给出空燃比的设定值。
3、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：还包含利用风机进风阀门稳定空气压力，采用常规PID调节的方式计算风机开度，稳定空气压力，减小热风炉在启动燃烧时对其他热风炉影响：
Δu＝kp(e-e_pre_1+ki×e+kd×(e-2×e_pre_1+e_pre_2))
其中，e＝sp-pv，kp、ki、kd分别对应比例系数、积分系数和微分系数；e为偏差；sp为空气压力设定值；pv为空气压力实际值；e_pre_1为上一时刻的偏差，或者说上次循环时的偏差；e_pre_2为再上一时刻的偏差，或者说上次的上次循环时的偏差；
通过计算得到增量值，加到风机进风阀门开度基础值上，得到风机进风阀门开度设定值，若计算得到的值大于100，则输出100。
4、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述顶温控制阶段，
顶温误差：
EDOME(i)＝TDOME.NOW(i)-TDOME.SET
顶温误差的变化量：
ECDOME(i)＝EDOME(i)-EDOME(i-n)
其中：EDOME(i)为拱顶温度的当前值，EDOME(i-n)为拱顶温度的上n时刻值，n＝30,Tdome.set＝1300℃；
定义燃烧阶段四个阶段State，分别为快速升温阶段State＝1、顶温恒定阶段并空燃比寻优State＝2、烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3和闷炉阶段State＝4；
当燃烧阶段处于快速升温阶段State＝1&&tnow>90时，快速升温阶段结束；
当燃烧阶段处于顶温恒定阶段State＝2&&Tdome.now>1280℃&&tnow>2400s时，顶温恒定阶段并空燃比寻优结束；
当燃烧阶段处于烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3&&Tdome.now＝1300±10℃&&Ttail.now＝380±5℃，燃烧阶段结束，进入送风状态。
5、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述烟温控制阶段，
期望的温升速率＝(设定值-当前值)/(总时间-当前时间)
Vtail.expect(i)＝Ttail.set(i)-Ttail.now(i)/ttotal-tnow
实际的温升速率＝(当前值-前一刻的值)/(当前值到前n刻的值的时间)
Vtail.now(i)＝Ttail.now(i)-Ttail.last(i-1)/tnow-tlast
温升速率偏差
Etail(i)＝Vtail.now(i)-Vtail.expect(i-1)
烟气温升速率变化量
ECtail(i)＝Etail(i)-Etail(i-n)
其中：定义燃烧阶段燃烧时间tnow、滑动时间tscan和燃烧总时间tscan；tscan为侦察时间，tscan＝tnow-tlast，tnow＝tnow+tscan，Vtail.now(i)为废气温度上升速率的当前值，Vtail.last(i-1)为废气温度上升速率的上一时刻值；tscan＝10s，ttotal＝2.5h*60*60s＝9000s，Ttail.set＝380℃；
本发明的有益效果是：通过实现顶温、烟温、氧量的自动运行保障稳定经济燃烧，节约燃料，降低工人劳动强度；通过残氧检测值控制空燃比，对空燃比进行在线校正；由于温度的滞后特性和压力的频繁波动影响，热风炉的温度自动控制采用模糊控制策略，并按阶段分别控制顶温和烟温升温速度，保证在准确的规定时间内使烟温达标。
附图说明
图1是本发明的热风炉燃烧控制原理图；
图2是本发明的热风炉布置图；
图3是本发明的模糊控制流程图；
图4是本发明的模糊控制结构图；
图5是本发明的热风炉优化控制程序流程图；
图6是本发明的热风炉优化控制人上位机图；
图7是本发明的热风炉优化控制人后台控制图；
图8是本发明的热风炉空燃比控制及寻优模块功能结构图。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，包含以下步骤：
步骤一，点火阶段采用适量的煤气量和空气量，用来稳定燃烧状态；快升阶段采用较大的煤气量和空气量，达到快速升顶温的目的；点火阶段、快升阶段采用斜率控制，闷炉阶段采用斜率控制；斜率控制是防止因空气流量、煤气流量呈现断崖式涨跌而造成控制震荡，其作用使空气流量和煤气流量阶梯型增长或者下降至阶段预设值，暂设1000m3/s的斜率控制；煤气流量和空气流量进行均值滤波后参与运算，暂取10s不同时刻的流量数据，其作用防止因野值的出现而造成控制震荡。
顶温控制阶段是在顶温升至目标值附近时，采用模糊控制器稳定顶温；烟温速度控制阶段是在燃烧后期以烟温升温速度为反馈值进行速度控制，保证刚好在规定燃烧周期到时的时刻达到目标烟温；
在模糊控制算法中为了防止拱顶温度、烟气温度的大惯性出现，算法中将偏差变化率的计算方式修改为非相邻的两个偏差做差取得，暂取30s间隔的偏差做差，即将EC(i)＝E(i)-E(i-1)修改为EC(i)＝E(i)-E(i-n)，n＝30。此外，针对不同控制对象，模糊控制的灵敏性也做了修改，算法中将论域等级等分的计算方式修改为非等分，即将{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6修改为{-6,-4,-2.5,-1.5,-1.2,-0.5,0,0.5,1.2,1.5,2.5,4,6}或者{-6,-4,-2.5,-1.5,-0.7,-0.2,0,0.2,0.7,1.5,2.5,4,6}，论域等级-6～6，不均匀分割，模糊控制效果是越靠近0越灵敏。
步骤二，顶温控制阶段，使用模糊控制算法，顶温模糊控制器的输入为顶温误差E和顶温误差的变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，Δu(k)为空气流量设定值增量，上一时刻设定值加上当前空气流量增量作为下一时刻空气流量设定值，因为煤气的热值、压力不稳定，空气的热值、压力稳定，故选用空气流量作为定值。而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值；
步骤三，烟温控制阶段，使用模糊控制算法，烟温模糊控制器的输入为烟气的温升速率偏差E及烟气温升速率变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，Δu(k)为空气流量设定值增量，上一时刻设定值加上当前空气流量增量作为下一时刻空气流量设定值，因为煤气的热值、压力不稳定，空气的热值、压力稳定，故选用空气流量作为定值。而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值。
2、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述空燃比利用残氧检测值控制，设计氧含量的模糊控制器，通过调整空燃比调整残氧检测值在该合理范围内，模糊控制器以氧含量偏差及其变化率为输入，经过模糊化后应用经验总结的模糊规则输出决策，再反模糊化后给出空燃比的设定值。
3、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：还包含利用风机进风阀门稳定空气压力，采用常规PID调节的方式计算风机开度，稳定空气压力，减小热风炉在启动燃烧时对其他热风炉影响：
Δu＝kp(e-e_pre_1+ki×e+kd×(e-2×e_pre_1+e_pre_2))
其中，e＝sp-pv，kp、ki、kd分别对应比例系数、积分系数和微分系数；e为偏差；sp为空气压力设定值；pv为空气压力实际值；e_pre_1为上一时刻的偏差，或者说上次循环时的偏差；e_pre_2为再上一时刻的偏差，或者说上次的上次循环时的偏差；
通过计算得到增量值，加到风机进风阀门开度基础值上，得到风机进风阀门开度设定值，若计算得到的值大于100，则输出100。
4、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述顶温控制阶段，
顶温误差：
EDOME(i)＝TDOME.NOW(i)-TDOME.SET
顶温误差的变化量：
ECDOME(i)＝EDOME(i)-EDOME(i-n)
其中：EDOME(i)为拱顶温度的当前值，EDOME(i-n)为拱顶温度的上n时刻值，n＝30,Tdome.set＝1300℃；
定义燃烧阶段四个阶段State，分别为快速升温阶段State＝1、顶温恒定阶段并空燃比寻优State＝2、烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3和闷炉阶段State＝4；
当燃烧阶段处于快速升温阶段State＝1&&tnow>90时，快速升温阶段结束；
当燃烧阶段处于顶温恒定阶段State＝2&&Tdome.now>1280℃&&tnow>2400s时，顶温恒定阶段并空燃比寻优结束；
当燃烧阶段处于烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3&&Tdome.now＝1300±10℃&&Ttail.now＝380±5℃，燃烧阶段结束，进入送风状态。
5、根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述烟温控制阶段，
期望的温升速率＝(设定值-当前值)/(总时间-当前时间)
Vtail.expect(i)＝Ttail.set(i)-Ttail.now(i)/ttotal-tnow
实际的温升速率＝(当前值-前一刻的值)/(当前值到前n刻的值的时间)
Vtail.now(i)＝Ttail.now(i)-Ttail.last(i-1)/tnow-tlast
温升速率偏差
Etail(i)＝Vtail.now(i)-Vtail.expect(i-1)
烟气温升速率变化量
ECtail(i)＝Etail(i)-Etail(i-n)
其中：定义燃烧阶段燃烧时间tnow、滑动时间tscan和燃烧总时间tscan；tscan为侦察时间，tscan＝tnow-tlast，tnow＝tnow+tscan，Vtail.now(i)为废气温度上升速率的当前值，Vtail.last(i-1)为废气温度上升速率的上一时刻值；tscan＝10s，ttotal＝2.5h*60*60s＝9000s，Ttail.set＝380℃；
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明：
一、工艺及自动化系统简述
如图1，在热风炉燃烧初期是以阶梯式增长至较大的煤气量和合适的空燃比实行快速加热，使拱顶温度迅速达到规定值，然后逐步增加空气量以保持拱顶温度为规定值，在废气温度管理期，即温度达到某一规定值时，需要减少煤气及空气量以维持废气温度为设定值。故其基础自动化系统对于燃烧混合煤气或燃烧预热的高炉煤气和预热空气的热风炉来说将包括：煤气流量控制、空气流量控制、空燃比控制、拱顶温度控制和废气温度控制，对于燃烧高炉煤气和焦炉煤气具有三眼燃烧器的热风炉来说，由于高炉煤气和焦炉煤气分别送入，而需分别设置高炉煤气和焦炉煤气流量控制，且高炉煤气和焦炉煤气流量比和空燃比要分别适应高炉煤气和焦炉煤气需要，而使系统回路更多和更复杂。
热风炉布置如图2，在燃烧期采用固定空燃比方式进行燃烧。进入蓄热器拱顶温度工艺曲线设定值是一个定值，可以直接采用模糊控制算法；而废气温度工艺曲线呈现上升趋势，由于废气温度不是定值，无法直接使用模糊控制算法，本发明在这里采用废气温度上升速率，废气温度上升速率(斜率)是一个定值。
将整个燃烧过程大致分为燃烧期、蓄热期，燃烧期是顶温首次达到预设下限之前，蓄热期是剩余部分。当处于燃烧期时，模糊控制算法不参与运算，采用经验空燃比始终选择调大阀门即可；只有当处于蓄热期时，才是两个模糊控制算法共同决定。
为了实现智能控制控制，该发明采用模糊控制，模糊控制流程图如图3。
模糊控制主要优点是：
(1)设计系统时不需要建立被控对象的数学模型，只要求掌握现场操作人员或者有关专家的经验、知识或者操作者在操作过程中的操作数据及被控对象的运行数据等。
(2)被控对象参数的变化具有较强的鲁棒性，适用于对难以建立被控对象的数学模型的复杂系统进行控制，如非线性、时变、滞后系统。
(3)语言型控制，定性认识工业过程，较容易建立语言变量控制规则，易于形成知识库。
(4)控制效果好，且所需设备简单，经济效益显著。
二、模糊控制系统结构
模糊控制系统的设计以基本二维模糊控制器的设计为基础，模糊控制器包括输入量模糊化、模糊推理和解模糊三个部分。
废气温度模糊控制
期望的温升速率＝(设定值-当前值)/(总时间-当前时间)
Vtail.expect(i)＝Ttail.set(i)-Ttail.now(i)/ttotal-tnow
实际的温升速率＝(当前值-前一刻的值)/(当前值到前n刻的值的时间)
Vtail.now(i)＝Ttail.now(i)-Ttail.last(i-1)/tnow-tlast
温升速率偏差
Etail(i)＝Vtail.now(i)-Vtail.expect(i-1)
烟气温升速率变化量
ECtail(i)＝Etail(i)-Etail(i-n)
拱顶温度模糊控制
顶温误差：
EDOME(i)＝TDOME.NOW(i)-TDOME.SET
顶温误差的变化量：
ECDOME(i)＝EDOME(i)-EDOME(i-n)
定义燃烧阶段四个阶段State，分别为快速升温阶段State＝1、顶温恒定阶段并空燃比寻优State＝2、烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3、闷炉阶段State＝4。
当燃烧阶段处于快速升温阶段State＝1&&tnow>90时，快速升温阶段结束。
当燃烧阶段处于顶温恒定阶段State＝2&&Tdome.now>1280℃&&tnow>2400s时，顶温恒定阶段并空燃比寻优结束。
当燃烧阶段处于烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3&&Tdome.now＝1300±10℃&&Ttail.now＝380±5℃，燃烧阶段结束，进入送风状态。
拱顶温度&&废气温度上升速率：模糊变量隶属函数
设定模糊变量E、EC的模糊论域为[-6 6]，并将其量化为13个等级{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}。
设定模糊变量ΔU的模糊论域为[-6 6]，并将其量化为13个等级{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}，均匀分割，越靠近0越灵敏；{-6,-4,-2.5,-1.5,-0.7,-0.2,0,0.2,0.7,1.5,2.5,4,6}，不均匀分割，越靠近0越灵敏、{-6,-4,-2.5,-1.5,-1.2,-0.5,0,0.5,1.2,1.5,2.5,4,6}，不均匀分割，越靠近0越不灵敏；{-6,-5,-4,-3,-2,-1.5,0,1.5,2,3,4,5,6}，不均匀分割，越靠近0越不灵敏。
拱顶温度&&废气温度上升速率：论域
设定拱顶温度&&废气温度上升速率输入模糊变量E的模糊论域：[-6 6]，假设拱顶温度实际论域e：[-5 5]、废气温度上升速率实际论域e：[-2 2]。
设定拱顶温度、废气温度上升速率输入模糊变量EC的模糊论域为[-2 2]，假设拱顶温度ec实际论域：[-2 2]、废气温度上升速率变化率实际论域ec：[-1.5 1.5]。
设定拱顶温度&&废气温度上升速率输出模糊变量ΔU的模糊论域：[-6 6]，假设实际论域Δu：[-200 200]。
顶温控制阶段
本阶段的目标是在工艺允许的时间内，控制顶温稳定于目标顶温，且使用的煤气较少。本阶段使用模糊控制算法，控制器的输入为顶温误差E和顶温误差的变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)即空气流量的给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值。
烟温控制阶段
本阶段的目标是，控制烟温稳定上升，当该炉燃烧周期结束时，实际烟温正好上升到目标烟温，不需要进入闷炉阶段。本阶段使用模糊控制算法，模糊控制器的输入为烟气的温升速率偏差E及烟气温升速率变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)即空气流量的给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值。模糊控制结构图如图4所示。
残氧检测值控制空燃比
除去点火阶段、快升阶段、闷炉阶段氧含量不做控制外，稳定燃烧阶段废气氧含量控制在1.1％附近，上下0.5％的波动幅度合理。据此，设计氧含量的模糊控制器，通过调整空燃比(上限0.88,、下限0.55)调整残氧检测值在该合理范围内。作为保护措施，限制氧含量低于1.9％。
模糊控制器以氧含量偏差及其变化率为输入，经过模糊化后应用经验总结的模糊规则输出决策，再反模糊化后给出空燃比的设定值。
空燃比控制及寻优模块功能结构图如图8所示。
表1
Figure BDA0003362401110000161
风机进风阀门稳定空气压力
采用常规PID调节的方式计算风机开度，稳定空气压力(设定值5)，减小热风炉在启动燃烧时对其他热风炉影响，影响表现形式：烟温下降。
Δu＝kp(e-e_pre_1+ki×e+kd×(e-2×e_pre_1+e_pre_2))
其中，e＝sp-pv，kp、ki、kd分别对应比例系数、积分系数、微分系数；e为偏差；target为空气压力设定值；actural为空气压力实际值；e_pre_1为上一时刻的偏差，或者说上次循环时的偏差；e_pre_2为再上一时刻的偏差，或者说上次的上次循环时的偏差。通过计算得到增量值，加到空气阀开度基础值上，得到空气阀开度设定值。若计算得到的值大于100，则输出100。
燃烧期阶段划分
将燃烧期间共划分四个阶段，分别是快升、顶温控制、烟温速度控制和闷炉阶段，在不同阶段采用不同的策略和空燃比进行燃烧。
快升阶段采用较大的煤气量和空气量，达到快速升顶温的目的；顶温控制阶段是在顶温升至目标值附近时，采用模糊控制器稳定顶温；烟温速度控制阶段是在燃烧后期以烟温升温速度为反馈值进行速度控制，保证刚好在规定燃烧周期到时的时刻达到目标烟温；如果某种原因造成延期供风，以最小流量维持闷炉模式。
上述四个阶段中两个阶段是经验给定，只有顶温控制和烟温控制阶段为反馈控制。热风炉优化控制程序流程图如图5所示。
三、本发明创新之处如下：
总体思想包括两部分内容，一是通过实现顶温和烟温的自动运行保障稳定经济燃烧，节约燃料，降低工人劳动强度；二是通过残氧检测值控制空燃比，对空燃比进行在线校正。
由于温度的滞后特性和压力的频繁波动影响，热风炉的温度自动控制采用模糊控制策略，并按阶段分别控制顶温和烟温升温速度，保证在准确的规定时间内使烟温达标。

Claims (4)

1.一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于包含以下步骤：
步骤一，点火阶段采用适量的煤气量和空气量，用来稳定燃烧状态；快升阶段采用较大的煤气量和空气量，达到快速升顶温的目的；点火阶段、快升阶段采用斜率控制，闷炉阶段采用斜率控制；斜率控制是防止因空气流量、煤气流量呈现断崖式涨跌而造成控制震荡，其作用是使空气流量和煤气流量阶梯型增长或者下降至阶段预设值，设1000m3/s的斜率控制；煤气流量和空气流量进行均值滤波后参与运算，取10s不同时刻的流量数据，其作用是防止因野值的出现而造成控制震荡。
顶温控制阶段是在顶温升至目标值附近时，采用模糊控制器稳定顶温；烟温速度控制阶段是在燃烧后期以烟温升温速度为反馈值进行速度控制，保证刚好在规定燃烧周期到时的时刻达到目标烟温；
在模糊控制算法中为了防止拱顶温度、烟气温度的大惯性出现，算法中将偏差变化率的计算方式修改为非相邻的两个偏差做差取得，暂取30s间隔的偏差做差，即将EC(i)＝E(i)-E(i-1)修改为EC(i)＝E(i)-E(i-n)，n＝30。此外，针对不同控制对象，模糊控制的灵敏性也做了修改，算法中将论域等级等分的计算方式修改为非等分，即将{-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6}修改为{-6,-4,-2.5,-1.5,-1.2,-0.5,0,0.5,1.2,1.5,2.5,4,6}或者{-6,-4,-2.5,-1.5,-0.7,-0.2,0,0.2,0.7,1.5,2.5,4,6}，论域等级-6～6，不均匀分割，模糊控制效果是越靠近0越灵敏；
步骤二，顶温控制阶段，使用模糊控制算法，顶温模糊控制器的输入为顶温误差E和顶温误差的变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，Δu(k)为空气流量设定值增量，上一时刻设定值加上当前空气流量增量作为下一时刻空气流量设定值，因为煤气的热值、压力不稳定，空气的热值、压力稳定，故选用空气流量作为定值。而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值；
步骤三，烟温控制阶段，使用模糊控制算法，烟温模糊控制器的输入为烟气的温升速率偏差E及烟气温升速率变化量EC，输出控制量为ΔU(k)，ΔU(k)×ku＝Δu(k)，Δu(k)为空气流量设定值增量，上一时刻设定值加上当前空气流量增量作为下一时刻空气流量设定值，因为煤气的热值、压力不稳定，空气的热值、压力稳定，故选用空气流量作为定值。而Δu(k)+u(k-1)＝u(k)，即空气流量给定，再通过空燃比计算出煤气流量设定值；
所述空燃比利用残氧检测值控制，设计氧含量的模糊控制器，通过调整空燃比调整残氧检测值在合理范围内，该范围是氧含量在1.1％、上下0.5％波动；模糊控制器以氧含量偏差及其变化率为输入，经过模糊化后应用经验总结的模糊规则输出决策，再反模糊化后给出空燃比的设定值。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：还包含利用风机进风阀门稳定空气压力，采用常规PID调节的方式计算风机开度，稳定空气压力，减小热风炉在启动燃烧时对其他热风炉影响：
Δu＝kp(e-e_pre_1+ki×e+kd×(e-2×e_pre_1+e_pre_2))
其中，e＝sp-pv，kp、ki、kd分别对应比例系数、积分系数和微分系数；e为偏差；sp为空气压力设定值；pv为空气压力实际值；e_pre_1为上一时刻的偏差，或者说上次循环时的偏差；e_pre_2为再上一时刻的偏差，或者说上次的上次循环时的偏差；
通过计算得到增量值，加到风机进风阀门开度基础值上，得到风机进风阀门开度设定值，若计算得到的值大于100，则输出100。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述顶温控制阶段，
顶温误差：
EDOME(i)＝TDOME.NOW(i)-TDOME.SET
顶温误差的变化量：
ECDOME(i)＝EDOME(i)-EDOME(i-n)
其中：EDOME(i)为拱顶温度的当前值，EDOME(i-n)为拱顶温度的上n时刻值，n＝30，TDOME.SET＝1300℃；
定义燃烧阶段四个阶段State，分别为快速升温阶段State＝1、顶温恒定阶段并空燃比寻优State＝2、烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3和闷炉阶段State＝4；
当燃烧阶段处于快速升温阶段State＝1&&tnow>90时，快速升温阶段结束；
当燃烧阶段处于顶温恒定阶段State＝2&&Tdome.now>1280℃&&tnow>2400s时，顶温恒定阶段并空燃比寻优结束；
当燃烧阶段处于烟温增长阶段并空燃比寻优State＝3&&Tdome.now＝1300±10℃&&Ttail.now＝380±5℃，燃烧阶段结束，进入送风状态。
4.根据权利要求1所述的一种基于动态跟踪斜率思想的热风炉自动燃烧控制方法，其特征在于：所述烟温控制阶段，
期望的温升速率＝(设定值-当前值)/(总时间-当前时间)
Vtail.expect(i)＝Ttail.set(i)-Ttail.now(i)/ttotal-tnow
实际的温升速率＝(当前值-前一刻的值)/(当前值到前n刻的值的时间)
Vtail.now(i)＝Ttail.now(i)-Ttail.last(i-1)/tnow-tlast
温升速率偏差
Etail(i)＝Vtail.now(i)-Vtail.expect(i-1)
烟气温升速率变化量
ECtail(i)＝Etail(i)-Etail(i-n)
其中：定义燃烧阶段燃烧时间tnow、滑动时间tscan和燃烧总时间tscan；tscan为侦察时间，tscan＝tnow-tlast，tnow＝tnow+tscan，Vtail.now(i)为废气温度上升速率的当前值，Vtail.last(i-1)为废气温度上升速率的上一时刻值；tscan＝10s，ttotal＝2.5h*60*60s＝9000s，Ttail.set＝380℃。
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