基于T-S模糊模型水泥分解炉的控制研究

作     者：管荣臻 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：袁铸钢

授予年度：2019年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：水泥分解炉系统 T-S模糊模型 滑模控制 干扰观测器 

摘      要：新型干法窑外分解系统中最为重要的设备就是水泥分解炉,其具有燃烧、导热以及分解物料等多方面的功能。如果炉口的温度变得过高,则会导致旋风预热器出现一定的结皮情况;而如果炉口的温度太低,则其中的碳酸盐得不到充分的分解。所以,整体来说,必须要控制炉口的温度在合适的区间范围,这对整个系统的稳定可靠运行非常关键。本文基于水泥分解炉的T-S模糊模型,结合离散滑模控制基本原理,围绕分解炉控制变量,对炉口的温度调节进行深入的研究。在山东省重大专项“智能化工厂关键技术研究与应用示范(2015ZDXX0101F01)以及国家自然科学基金(61403161)资助下,本文开展工作如下:(1)为准确控制分解炉出口温度,需选取适当的分解炉数学模型。考虑到分解炉出口温度影响因素比较多,首先需要确定分解炉控制变量,而后根据变量选取能够准确描述水泥分解炉的数学模型。根据相关设计标准(GB 50295-2008),并结合实际工作人员的操作经验以及已经获得的某5000t/d水泥厂之前的生产线参数,可以清晰的认识到喂煤量和下料量以及三次风温对炉温具有很大的影响。但分解炉正常工作时,三次风阀门开度通常保持在30%左右。故选取以喂煤量、生料下料量为输入变量的T-S模糊模型作为水泥分解炉的数学模型,为后面研究基于T-S模糊模型的水泥分解炉系统控制奠定基础。(2)根据(1)中所推出的基于T-S模糊模型的水泥分解炉系统状态空间描述,建立了相应的针对标称分解炉系统的控制装置。需要特别说明的是,为进一步提高系统在的任意位置均可实现滑模,并且品质更佳,控制器必须要采用指数趋近的控制方式,在这过程中,为降低振动和减小趋近的时间,趋近律方面必须要设置为自适应指数趋近律;并结合Lyapunov理论对滑模面的稳定性进行验证,最终,实际的仿真结果显示论述建立的控制器能够较好地实现分解炉出口温度的控制。(3)需要注意的是,在分解炉系统的实际运行中始终都具有一定的参数变化和干扰,基于此,建立了以T-S模糊模型为核心的抗干扰滑模控制单元。在(2)的基础上,建立系统抗干扰控制架构,设计干扰观测器估计干扰并对系统进行补偿,验证其收敛性,并论证了该系统具有很好的稳定性能;整个仿真的结果显示当前建立的控制器可以良好对分解炉出口温度的进行调节和控制。(4)提出了分解炉系统的软硬件架构,结合工程中的控制方法,给出分解炉系统自动控制方案,完成分解炉系统自动控制软件的设计,进行了工程应用且取得良好的效果。