基于料位信息的球磨機(jī)系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化與控制研究.pdf

1、鋼球磨煤機(jī)是火電廠主要制粉設(shè)備，被廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外中小型電廠。對(duì)于中間倉(cāng)儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，球磨機(jī)的電耗高達(dá)廠用電的15％左右，是電廠的耗電大戶，因此如何有效地使球磨機(jī)安全、高效、優(yōu)化運(yùn)行是電廠的一個(gè)重要目標(biāo)。但由于球磨機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)具有非線性、大滯后、強(qiáng)耦合和具有多種不確定性擾動(dòng)的多變量對(duì)象，再加上球磨機(jī)滾筒內(nèi)部運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，導(dǎo)致目前料位檢測(cè)還缺乏可靠的手段，致使在目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)電廠的球磨機(jī)系統(tǒng)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，基本上處于人工操作，系統(tǒng)的

2、優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行長(zhǎng)期得不到很好的解決。因此如何基于料位信息實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行，是本文主要研究的問(wèn)題。
　　 (1)研究了球磨機(jī)系統(tǒng)建模算法及其應(yīng)用。首先，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性測(cè)試試驗(yàn)，研究了在控制變量階躍擾動(dòng)下，被控量的階躍響應(yīng)特性。在動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的基礎(chǔ)上，基于最小二乘法辨識(shí)算法，獲得了球磨機(jī)系統(tǒng)在某穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的傳遞函數(shù)矩陣，并根據(jù)多變量控制的回路配對(duì)原理研究了系統(tǒng)的耦合配對(duì)問(wèn)題；其次，針對(duì)機(jī)理建模

3、法的缺點(diǎn)，提出了一種融合機(jī)理模型和最小二乘支持向量機(jī)的球磨機(jī)出力混合建模算法。針對(duì)建模對(duì)象可描述部分采用機(jī)理模型建模，基于最小二乘支持向量機(jī)模型對(duì)機(jī)理模型進(jìn)行校正，彌補(bǔ)它的不精確性。建模結(jié)果表明混合模型能有效地反映出實(shí)際運(yùn)行中制粉出力的變化趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)特性，比單純機(jī)理模型具有更高的精度；最后，提出了一種基于T-S模糊建模算法的球磨機(jī)系統(tǒng)非線性模型。在建模過(guò)程中，通過(guò)結(jié)合球磨機(jī)系統(tǒng)的機(jī)理分析和灰色關(guān)聯(lián)度算法，確定模型的輸入變量、融合熵聚類和

4、FCM聚類的遞階聚類算法確定模型的前提結(jié)構(gòu)和參數(shù)、由最小二乘法辨識(shí)結(jié)論部分參數(shù)。通過(guò)對(duì)球磨機(jī)料位、溫度和負(fù)壓建模表明了該模型的有效性和實(shí)用性。
　　 (2)研究了融合料位信息的球磨機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能優(yōu)化策略。針對(duì)某電廠球磨機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，得到球磨機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行工況和設(shè)備參數(shù)，為系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行提供指導(dǎo)；針對(duì)傳統(tǒng)優(yōu)化算法的不足，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性在線建模技術(shù)，提出了一種融合料位信息的球磨機(jī)系統(tǒng)在線優(yōu)化算法。該算法基于資源分配

5、網(wǎng)絡(luò)獲得制粉單耗與料位、給煤量等過(guò)程參數(shù)之間的非線性映射關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，建立了球磨機(jī)系統(tǒng)在線優(yōu)化模型，并利用遺傳算法對(duì)該模型進(jìn)行尋優(yōu)，獲得優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)。優(yōu)化結(jié)果表明，該算法能有效地降低制粉單耗，在節(jié)能優(yōu)化的同時(shí)獲得料位、出口溫度和入口負(fù)壓等可控變量參數(shù)的優(yōu)化值。
　　 (3)研究了基于料位信息的球磨機(jī)模糊控制算法及其應(yīng)用。將球磨機(jī)控制系統(tǒng)劃分為一個(gè)單回路控制和一個(gè)兩輸入、兩輸出的耦合回路控制，簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。針對(duì)球磨

6、機(jī)負(fù)荷單回路控制，分析了現(xiàn)有單沖量控制算法的不足，提出了一種融合料位號(hào)，進(jìn)出口壓差和出口溫度的球磨機(jī)負(fù)荷三沖量加權(quán)模糊控制算法。該算法通過(guò)融合與負(fù)荷的相關(guān)信息，在模糊控制基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制。仿真結(jié)果表明該算法有效地提高了系統(tǒng)的自適應(yīng)能力，克服了單沖量PID控制器難以適應(yīng)對(duì)象變化的缺點(diǎn)，為負(fù)荷控制提供了一條潛在的應(yīng)用途徑。研究了球磨機(jī)出口溫度和入口負(fù)壓的模糊解耦控制算法。通過(guò)總結(jié)和歸納操作人員的手動(dòng)操作經(jīng)驗(yàn)，制定了模糊控制器的控

7、制規(guī)則，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的模糊解耦控制器，以此實(shí)現(xiàn)了出口溫度和入口負(fù)壓耦合回路的解耦。為了達(dá)到更好的控制效果，采用參數(shù)自調(diào)整的自適應(yīng)模糊控制算法，選擇不同的量化因子和比例因子進(jìn)行控制。通過(guò)與單回路PID控制的比較，驗(yàn)證了所提出的自適應(yīng)模糊解耦控制算法對(duì)出口溫度、入口負(fù)壓耦合回路控制的有效性。研究了球磨機(jī)系統(tǒng)模糊控制的工業(yè)應(yīng)用，設(shè)計(jì)了基于DCS系統(tǒng)的球磨機(jī)模糊控制系統(tǒng)，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，運(yùn)行結(jié)果表明該控制系統(tǒng)能夠保證球磨機(jī)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、

8、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
　　 (4)為了克服模型參數(shù)不確定性和擾動(dòng)對(duì)球磨機(jī)系統(tǒng)控制的影響，研究了基于H。魯棒理論的球磨機(jī)系統(tǒng)控制算法。針對(duì)負(fù)荷控制回路，在壓差信號(hào)單同路控制基礎(chǔ)上，引入料位控制同路，通過(guò)選取合適的加權(quán)函數(shù)，提出了一種基于 H。混合靈敏度理論的球磨機(jī)負(fù)荷串級(jí)魯棒控制算法；針對(duì)球磨機(jī)出口溫度和入口負(fù)壓耦合回路，將解耦問(wèn)題與混合靈敏度控制設(shè)計(jì)相結(jié)合，提出了一種耦合回路的 Hoo魯棒解耦控制算法。仿真結(jié)果表明，Hoo魯棒控制算法有效