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基于脱策Q学习的辊道窑温度分散H控制方法

控制与决策 2023年

作者：陈宁孙嘉树罗彪李彬艳桂卫华中南大学自动化学院

辊道窑烧结过程是电池正极材料制备工艺的关键,烧结温度的精准控制对提高材料性能、保证产品一致性至关重要,然而,烧结过程通常面临动态信息难以获取、不同温区温度耦合严重以及存在外界干扰等问题,给精准控制辊道窑温度带来了很大的困... 详细信息

辊道窑烧结过程是电池正极材料制备工艺的关键,烧结温度的精准控制对提高材料性能、保证产品一致性至关重要,然而,烧结过程通常面临动态信息难以获取、不同温区温度耦合严重以及存在外界干扰等问题,给精准控制辊道窑温度带来了很大的困难.本文提出了一种新的辊道窑温度分散H∞控制方法.首先,构造一个有界函数来描述温度关联项对于当前温区控制性能的最大影响,并根据该有界函数建立温区的极小化极大问题,可以将辊道窑温度控制问题转化为更小规模的温区温度控制问题,通过求解所有温区的极小化极大问题的鞍点解可以得到辊道窑温度H∞控制策略,实现分散控制.然后,采用一种脱策Q学习算法学习各温区极小化极大问题的鞍点解,获得辊道窑关联系统的温度分散H∞控制器.最后,基于实际窑炉温度数据进行仿真实验,结果表明在干扰存在的情况下,所设计控制器能够仍然能够精准控制辊道窑温度稳定在设定值上.

关键词：辊道窑温度控制强化学习脱策Q学习 H 控制分散控制

基于柔性动力学的辊道窑烧结过程匣钵运动特性分析

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仪器仪表学报 2019年第4期40卷 248-254页

作者：姜永正李学军何宽芳沈意平刘炽健湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室

盛装锂电正极材料的匣钵在辊道窑烧结过程中极易出现异常横向运动,为此基于柔性动力学分析辊道柔性对传动过程匣钵运动特性的影响。首先,基于柔性动力学建立匣钵-辊道传动动力学简化模型,分析辊棒弹性变形及传送时匣钵运动特性,并通过... 详细信息

盛装锂电正极材料的匣钵在辊道窑烧结过程中极易出现异常横向运动,为此基于柔性动力学分析辊道柔性对传动过程匣钵运动特性的影响。首先,基于柔性动力学建立匣钵-辊道传动动力学简化模型,分析辊棒弹性变形及传送时匣钵运动特性,并通过实验验证了模型的有效性;其次,建立相应的匣钵-辊道刚体动力学模型,通过对比分析刚性和柔性两种辊棒传送条件下匣钵运动特性的变化以及不同辊棒挠度下匣钵横向运动的变化,揭示辊道柔性对匣钵运动特性的影响。在此基础上,对原有辊棒进行了改进并开展实验验证改进方案的效果。结果表明:由于弹性变形的影响,匣钵在前行的同时,匣钵之间间隙出现了明显向外扩张趋势,而当辊棒呈现刚性时匣钵则几乎无外扩现象;辊棒挠度对横向运动有重要影响,在辊棒挠度从0到2 mm区间变化时,其匣钵扩展间隙随挠度增加而呈增大趋势,而当辊棒挠度超过2 mm后,匣钵扩展间隙随挠度增加反而呈减小趋势。改进实验效果表明,适当增大辊棒刚度可显著减轻匣钵异常横向运动现象。

关键词：锂电池正极材料辊道窑匣钵运动特性柔性动力学

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大型电热辊道窑的温度预测与控制方法研究

大型电热辊道窑的温度预测与控制方法研究

作者：罗安中南大学

学位级别：硕士

辊道窑是锂离子电池正极材料高温固相烧结制造的关键设备,其内部的温度分布直接影响了正极材料的烧成品质。因此,研究辊道窑温度建模预测和温度控制方法,对提高锂电池正极材料的质量、产量以及实现企业的节能降耗具有重大意义。辊道窑... 详细信息

辊道窑是锂离子电池正极材料高温固相烧结制造的关键设备,其内部的温度分布直接影响了正极材料的烧成品质。因此,研究辊道窑温度建模预测和温度控制方法,对提高锂电池正极材料的质量、产量以及实现企业的节能降耗具有重大意义。辊道窑温度预测和控制过程中,存在着难以获取温度数据、难以建立准确数学模型、传统的温度控制方法控制效果不佳等问题。为此,本文在分析辊道窑的生产工艺、结构特性及温度特性基础上,通过热力学知识建立了辊道窑稳态温度分布机理模型,而后提出了一种数据驱动模型来进行温度误差补偿,结合机理模型与误差补偿模型得到集成模型来预测辊道窑温度。此外,在深度强化学习理论的基础上,设计了基于双深度Q网络的辊道窑温度控制策略。本文的研究工作与创新如下:(1)考虑到温度预测模型需要明确描述正极材料烧结过程的内部机理,基于传热机理和热平衡理论建立了辊道窑稳态温度分布机理模型,并通过数值解法求解出温度计算值。针对工业过程复杂性和工业噪声引起的机理模型求解不准确的问题,构建了基于实际工业过程中的生产数据的数据驱动模型来进行温度误差补偿。在数据驱动建模过程中,针对辊道窑内温度变化滞后较大、过程变量之间存在着高度相关性和强非线性问题,建立了麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化极限学习机(Extreme Machine Learning,ELM)的温度误差补偿模型。然后结合机理模型和误差补偿模型,建立集成温度预测模型。最后进行对比实验仿真,结果表明本文提出的基于机理和SSA-ELM的集成温度预测模型能够准确预测辊道窑温度。(2)针对辊道窑烧结过程存在的大时滞、易受干扰、具有随机不确定性等特点和传统控制方法在线求解复杂、控制效果不佳的问题,分析传统热工过程控制方法与基于深度强化学习的控制方法的相似性,提出了一种基于双深度Q网络的辊道窑温度控制方法。该控制方法以装料匣钵区域温度分布为状态量,上、下加热棒温度改变量为动作量,进行辊道窑温度的有效控制。最后对该方法进行仿真实验,结果表明该控制方法能够更加快速、准确地控制辊道窑温度。图31幅,表4个,参考文献65篇

关键词：辊道窑温度预测集成模型极限学习机麻雀搜索算法温度控制双深度Q网络

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辊道窑富氧燃烧的数值模拟研究

武汉理工大学学报 2014年第2期36卷 26-31页

作者：何峰郭建东金明芳文进程金树武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070

采用Fluent软件对气烧明焰陶瓷辊道窑预热带和烧成带进行了数值模拟,研究了不同富氧条件下辊道窑内温度场的特性及其规律。同时,对于辊道窑NOx的排放情况进行数值模拟,分析了NOx生成量随O2浓度的变化规律。研究结果表明,在燃料量不变时... 详细信息

采用Fluent软件对气烧明焰陶瓷辊道窑预热带和烧成带进行了数值模拟,研究了不同富氧条件下辊道窑内温度场的特性及其规律。同时,对于辊道窑NOx的排放情况进行数值模拟,分析了NOx生成量随O2浓度的变化规律。研究结果表明,在燃料量不变时,富氧燃烧可以提高燃料的燃烧温度,但随着O2浓度的增加,窑内温度的均匀性变差;而且当O2浓度从21%增大到27%时,NOx的排放量缓慢上升;当O2浓度大于27%时,NOx生成量迅速增加。基于此,在实际生产中建议控制富氧浓度在27%以下;此外,以天然气为燃料的富氧燃烧,NOx的主要生成类型是热力型和快速型,其中热力型NOx的生成占主导作用。

关键词：辊道窑富氧燃烧数值模拟 NOx 排放

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三元正极材料辊道窑温度建模与预测控制研究

三元正极材料辊道窑温度建模与预测控制研究

作者：张晶中南大学

学位级别：硕士

伴随着新能源汽车市场的不断扩大,作为新能源汽车核心部件的锂离子电池的出货量持续攀升。正极材料作为锂电池的关键组成部分之一,直接影响电池的工作电压、容量和安全性等各项性能。在众多的正极材料中,以镍钴锰酸锂材料为代表的三元... 详细信息

伴随着新能源汽车市场的不断扩大,作为新能源汽车核心部件的锂离子电池的出货量持续攀升。正极材料作为锂电池的关键组成部分之一,直接影响电池的工作电压、容量和安全性等各项性能。在众多的正极材料中,以镍钴锰酸锂材料为代表的三元正极材料依靠成本低、比容量高、热稳定性高等优势成为最具发展潜力的正极材料之一。目前,工业中制备三元正极材料的方法是高温固相法,其核心工序是烧结。烧结所用设备通常是辊道窑,辊道窑内部的温度是烧结过程中的关键参数,精准控制窑炉内部温度能够保证产品各项性能、提高产品一致性。然而,辊道窑烧结过程普遍存在动态信息难以获取、各温区温度相互耦合等问题,给窑炉温度控制带来困难。因此,需要开展有关辊道窑温度控制方法的研究。本论文主要工作如下:第一,针对辊道窑内部结构复杂,上、下温区耦合,窑炉温度难以精准控制的问题,采用基于阶梯策略的隐式广义预测控制方法对温度进行控制。首先,建立受控自回归积分滑动平均模型(CARIMA)描述辊道窑温度的关联特征,并对模型阶次、参数及时滞进行辨识。然后,结合辊道窑温度模型双输入双输出的特点,将广义预测控制扩展为多变量广义预测控制,同时采用阶梯策略对控制增量进行约束,并使用最小递推二乘法直接估计求解控制增量所需参数。最后,使用实际工业数据进行仿真研究,验证该方法的有效性。第二,针对烧结过程普遍存在时间延迟和非线性特性的问题,提出了基于半监督堆叠自编码器(SS-SAE)的辊道窑温度模型预测控制方法,并对所提方法的稳定性和收敛性进行分析。首先,以硅碳棒的加热功率为输入变量,实测温度为输出变量,确定辊道窑温度的非线性时滞模型结构。其次,在SS-SAE训练预测模型阶段,同时使用无标签数据和有标签数据进行预训练以减少特征学习的盲目性,之后对整个网络进行有监督微调,建立基于SS-SAE的辊道窑温度模型。然后,将SS-SAE模型与模型预测控制框架结合,使用梯度法更新控制增量,实现辊道窑温度的精准控制。最后,基于实际工业过程数据对所提方法进行仿真验证。第三,针对正极材料制备过程中缺少对烧结状态的监测、加热功率的调整缺少指导的问题,设计并实现了辊道窑温度优化控制系统。系统采用Lab VIEW语言开发,主要包括系统运行状态监测、数据采集和温度优化控制三个模块。系统运行状态监测界面实时显示温度、氧气流量以及对烧结状况的评估;数据采集模块采集各温区热电偶测量的温度、温度设定值、加热功率、氧气流量及炉前炉后的物料图像,同时将采集的数据保存至数据库中;温度优化控制功能基于本文建立辊道窑温度模型和提出的温度控制方法,优化硅碳棒的加热功率,为其调整提供参考依据。图47幅,表2个,参考文献72篇

关键词：辊道窑温度控制模型预测控制半监督堆叠自编码器

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辊道窑压强曲线计算机仿真

中国陶瓷 2013年第4期49卷 57-59,75页

作者：刘明钟传锦景德镇陶瓷学院景德镇333000

用VB编写了辊道窑压力曲线计算机模拟的通用程序,模拟研究了辊道窑内预热带和烧成带的压力分布与窑宽、窑长以及烧嘴分布,燃耗之间的关系;模拟结果与实际的测定吻合较好,可以用来模拟不同的情况下辊道窑窑内的压力曲线,为实际生产提供... 详细信息

用VB编写了辊道窑压力曲线计算机模拟的通用程序,模拟研究了辊道窑内预热带和烧成带的压力分布与窑宽、窑长以及烧嘴分布,燃耗之间的关系;模拟结果与实际的测定吻合较好,可以用来模拟不同的情况下辊道窑窑内的压力曲线,为实际生产提供一定的指导意见。

关键词：辊道窑压力曲线模拟 VB

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辊道窑烧嘴燃耗分配曲线的研究

中国陶瓷 2014年第8期50卷 36-38页

作者：黄启锋冯青陆琳赖日东邱辉辉景德镇陶瓷学院材料科学与工程学院景德镇333001 广东中鹏热能科技有限公司佛山528223

通过对辊道窑的热工测试和各设定温度段的热平衡计算,得出并分析了各温度段的燃料消耗量和比例,再求出并分析各节和每个烧嘴的燃料消耗量和比例,从而得到了辊道窑沿窑长方向的燃耗分配曲线。分段计算辊道窑燃耗分配有助于完善辊道窑的... 详细信息

通过对辊道窑的热工测试和各设定温度段的热平衡计算,得出并分析了各温度段的燃料消耗量和比例,再求出并分析各节和每个烧嘴的燃料消耗量和比例,从而得到了辊道窑沿窑长方向的燃耗分配曲线。分段计算辊道窑燃耗分配有助于完善辊道窑的燃烧系统和自动控制系统的设计。

关键词：辊道窑烧嘴燃耗分配分段计算

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基于深度强化学习的辊道窑温度场控制算法

基于深度强化学习的辊道窑温度场控制算法

2021中国自动化大会——中国自动化学会60周年会庆暨...

作者：杨子彤陈宁李彬艳陈嘉瑶罗彪桂卫华中南大学自动化学院

三元正极材料是最具前景的锂离子电池正极材料,其制备过程中最重要的烧结工序在辊道窑中进行,目前存在温度分布获取困难、温度控制效果不佳的缺点。本文提出一种基于深度强化学习的辊道窑温度场优化控制算法。首先,基于热力学机理建立... 详细信息

三元正极材料是最具前景的锂离子电池正极材料,其制备过程中最重要的烧结工序在辊道窑中进行,目前存在温度分布获取困难、温度控制效果不佳的缺点。本文提出一种基于深度强化学习的辊道窑温度场优化控制算法。首先,基于热力学机理建立辊道窑单温区温度场二维数学模型以获取单温区温度场分布数据。然后,将硅碳棒的实时温度做为控制,由模型产生的匣钵区域温度数据及炉内热电偶实测温度数据来构造改进的状态变量,降低硅碳棒温度变化与匣钵区域温度变化之间的时间差所导致的学习样本不准确的问题。由当前状态变量与目标状态的温度差,构造奖励函数,采用深度Q学习算法,根据奖励函数值实时调整硅碳棒的设定温度,直至匣钵区域温度分布达到目标值。最后,仿真实验表明所提方法的有效性。

关键词：辊道窑温度场控制深度强化学习

来源： cnki会议评论

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基于比色法的辊道窑温度测量系统设计

控制工程 2017年第1期24卷 215-221页

作者：李爱莲曹孟珍岳伟戴颖超吴建帅内蒙古科技大学信息工程学院内蒙古包头014010

针对在辊道窑生产过程中传统测温方法只能获得单点或局部温度的缺点,根据比色测温原理,结合图像预处理方法,设计了基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的测温系统。该系统可以对辊道窑内部温度进行监控与测量,并能够获得全局温度场的分布... 详细信息

针对在辊道窑生产过程中传统测温方法只能获得单点或局部温度的缺点,根据比色测温原理,结合图像预处理方法,设计了基于CCD(电荷耦合器件)图像传感器的测温系统。该系统可以对辊道窑内部温度进行监控与测量,并能够获得全局温度场的分布情况。根据标准值法,利用黑体炉对系统进行了标定,提高了系统的温度检测精度和准确度。实验结果表明,该系统的准确度较高,能够实时反映辊道窑内部全局温度场分布,具有投入工业现场应用的前景。

关键词：辊道窑比色法 CCD 温度测量中值滤波