一種基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，采用Bang-Bang控制方法將操作人員的“看、等、判斷、調(diào)”操作經(jīng)驗融合到控制算法中，加快了跟蹤誤差收斂速度，降低了系統(tǒng)超調(diào)，從而使得聯(lián)合粉磨系統(tǒng)生產(chǎn)過程具有良好的穩(wěn)定性，達到精確、快速的控制目的。其中針對水泥磨機負荷控制，應用LPV預測控制解決線性時變系統(tǒng)的參數(shù)變化和不確定性的控制問題，使系統(tǒng)具有良好的魯棒性。
【專利說明】-種基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉 磨預測控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在水泥生產(chǎn)中，水泥熟料粉磨系統(tǒng)是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，其控制效果的好壞直接關(guān) 系到水泥生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。隨著粉磨工藝的日益成熟，聯(lián)合粉磨系統(tǒng)被廣泛應用。國內(nèi) 大部分聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的控制大部分均是由操作人員手動操作完成。在手動控制方式下，經(jīng) 常會導致穩(wěn)流倉塌料、球磨機飽磨空磨、提升機電流過高跳停、礦粉倉倉重過高等問題，導 致水泥成品粒度不符合粗細要求，嚴重影響了水泥粉磨的安全、穩(wěn)定運行。因此，研究一套 針對水泥聯(lián)合粉磨的控制策略是非常有意義的。
[0003] 聯(lián)合粉磨系統(tǒng)熟料粉磨過程工藝如圖1所示。來自水泥配料站的混合料經(jīng)過皮帶 輸送機送至輥壓機上方的穩(wěn)流倉中，與選粉機選出的粗顆粒料一起均勻地進入輥壓機擠壓 成料餅，經(jīng)出輥壓機提升機送入選粉機。粗顆粒返回到穩(wěn)流倉中，細顆粒經(jīng)過收塵風機的風 流帶動，進入袋式收塵器，再送入球磨機粉磨。經(jīng)球磨機粉磨后的細料基本上已經(jīng)滿足細度 要求，并根據(jù)不同型號的水泥品種要求，按比例摻加超細粉煤灰和礦粉，即可送入成品庫。 由此看來，水泥聯(lián)合粉磨系統(tǒng)具有較為明顯的大滯后、大慣性、多變量和強耦合等特點。
[0004] 近年來一些學者也對聯(lián)合粉磨系統(tǒng)的控制做了研究，利用PID控制和模糊控制等 算法來調(diào)節(jié)控制變量，其缺點是控制算法比較單一，具體的模型未知，調(diào)節(jié)參數(shù)比較多，要 依據(jù)經(jīng)驗反復試湊和整定，往往不容易達到好的效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)β?lián)合粉磨系統(tǒng)主要控制點進行實時、連續(xù)、準 確地控制的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，旨在解決當前聯(lián)合粉磨系 統(tǒng)生產(chǎn)過程中存在的操作員手動操作的純滯后、大慣性、多變量和非線性等不足。
[0006] 本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法， 其特征在于，包括以下步驟：
[0007] (1)通過結(jié)構(gòu)化查詢語言（SQL, Structured Query Language)數(shù)據(jù)庫和過程控制 協(xié)議標準（OPC，OLE for Process Control)服務器來搭建數(shù)據(jù)連通平臺，使所設計的自動 控制軟件軟件與分布式控制系統(tǒng)（DCS,Distributed Control System)進行數(shù)據(jù)連通，進行 采集主要的控制變量數(shù)值和被控變量反饋值，并寫入對應的被控變量數(shù)值；
[0008] (2)在 ABB 公司（Asea Brown Boveri Ltd.)的自由控制建造器（CBF，Control Builder Freelance)組態(tài)界面上的手自動切換按鈕將控制量切換為手自動，如果選擇自 動，則執(zhí)行步驟（3);如果選擇手動，則執(zhí)行人工設定個控制量的參數(shù)值；
[0009] (3)步驟（1)中所述的聯(lián)合粉磨過程的自動控制軟件將在線采集的數(shù)據(jù)進行實時 濾波處理；
[0010] (4)步驟（1)中所述的聯(lián)合粉磨過程的自動控制軟件采用Bang-Bang (繼電器式） 控制方法將操作人員的操作經(jīng)驗融合在一起，進行出輥壓機提升機電流的自動控制、超細 粉煤灰提升機電流的自動控制和礦粉倉倉重的自動控制，并得出最佳穩(wěn)流倉下料閥開度、 超細粉煤灰配比和礦粉倉羅茨風機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值；將出磨提升機電流濾波信號帶入到基 于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨線性變參數(shù)（LPV，Linear Parameter-Varying)預測控 制子模塊計算，由Bang-Bang控制子模塊輸出得到收塵風機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值，由基于離散 狀態(tài)觀測器出磨提升機電流LPV預測控制子模塊得到喂料量和選粉機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值；
[0011] (5)通過OPC接口將步驟（4)中所設計的聯(lián)合粉磨過程的自動控制軟件相應控制 變量的增量值寫入步驟（2)中的CBF控制軟件AC800F型號的控制器來對現(xiàn)場設備的自動 控制。
[0012] 優(yōu)選地，在步驟（3)和（4)中，所述聯(lián)合粉磨過程的控制模塊具有目標控制功能， 由可圖象操作基本VB (Visual Basic)編程語言實現(xiàn)，計算得到的是控制變量的增量，通過 OPC寫入DCS中，在CBF程序塊中使用延時功能塊使增量在短時間內(nèi)只作用一次，防止VB程 序與CBF程序時鐘不一致導致的增量連續(xù)累積問題。
[0013] 優(yōu)選地，在步驟（3)中，所述濾波處理采用均值濾波方法進行數(shù)據(jù)濾波處理，即：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在于，包括以下步 驟： (1) 通過結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL數(shù)據(jù)庫和過程控制協(xié)議標準OPC服務器來搭建數(shù)據(jù)連通 平臺，使所設計的自動控制軟件軟件與分布式控制系統(tǒng)DCS進行數(shù)據(jù)連通，進行采集主要 的控制變量數(shù)值和被控變量反饋值，并寫入對應的被控變量數(shù)值； (2) 在自由控制建造器CBF組態(tài)界面上的手自動切換按鈕將控制量切換為手自動，如 果選擇自動，則執(zhí)行步驟（3);如果選擇手動，則執(zhí)行人工設定個控制量的參數(shù)值； (3) 步驟（1)中所述的聯(lián)合粉磨過程的自動控制軟件將在線采集的數(shù)據(jù)進行實時濾波 處理； (4) 步驟（1)中所述的聯(lián)合粉磨過程的自動控制軟件采用Bang-Bang(繼電器式）控 制方法將操作人員的操作經(jīng)驗融合在一起，進行出輥壓機提升機電流的自動控制、超細粉 煤灰提升機電流的自動控制和礦粉倉倉重的自動控制，并得出最佳穩(wěn)流倉下料閥開度、超 細粉煤灰配比和礦粉倉羅茨風機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值；將出磨提升機電流濾波信號帶入到基于 Bang-Bang控制方法的水泥聯(lián)合粉磨線性變參數(shù)LPV預測控制子模塊計算，由Bang-Bang控 制方法的控制子模塊輸出得到收塵風機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值，由基于離散狀態(tài)觀測器出磨提升 機電流LPV預測控制子模塊得到喂料量和選粉機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值； (5) 通過OPC接口將步驟（4)中所設計的聯(lián)合粉磨過程的自動控制軟件相應控制變量 的增量值寫入步驟（2)中的CBF控制軟件AC800F型號的控制器來對現(xiàn)場設備的自動控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在 于，在步驟（3)和（4)中，所述聯(lián)合粉磨過程的控制模塊具有目標控制功能，由可圖象操作 基本VB編程語言實現(xiàn)，計算得到的是控制變量的增量，通過OPC寫入DCS中，在CBF程序塊 中使用延時功能塊使增量在短時間內(nèi)只作用一次，防止VB程序與CBF程序時鐘不一致導致 的增量連續(xù)累積問題。
3. 如權(quán)利要求2所述的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在 于，在步驟（3)中，所述濾波處理采用均值濾波方法進行數(shù)據(jù)濾波處理，即：
(1) 其中，Xi表示某變量值濾波后的第i個數(shù)值，表示某變量值在j時刻的實時值，η為 均值濾波的周期時間參數(shù)，N為自然數(shù)集合。
4. 如權(quán)利要求3所述的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在 于，在步驟（4)中，所述輥壓機負荷由出輥壓機提升機電流表征；所述的球磨機的磨機負荷 由出磨提升機電流表征。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在 于，在步驟（4)中，所述Bang-Bang控制方法用函數(shù)定義為：
(2) 其中，uBB為控制子模塊的增量輸出；ε為偏差閾值；ubb為調(diào)整步長；e(k)為k時刻的 被控量偏差值。
6.如權(quán)利要求5所述的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在 于，在步驟（4)中，所述基于離散狀態(tài)觀測器的出磨提升機電流LPV預測控制子模塊得到喂 料量和選粉機轉(zhuǎn)速的增量數(shù)值具體包括以下步驟： A、 利用水泥磨機模型的非線性方程：
(3) 其中：q是粉磨的成品流量，z是磨機的負荷，r是磨機粉磨不合格品的回粉流量，V是 選粉機轉(zhuǎn)速，u是喂料量，d是物料硬度，0(Γ，?/)為選粉機效率； 在期望值Xd = [qd，zd，rd]T附近轉(zhuǎn)換成誤差的形式：
(4) 其中：
=0. 8, η = 4,
> ΚΦ1 = -〇. 1116(t · h) \ Κφ2 = 16. 5 ΟιΓ1，q是粉磨的成品流量，z是磨機的負荷，:r是磨機粉磨不合格品的回粉流量，v是 選粉機轉(zhuǎn)速，u是喂料量，d是物料硬度； 并在原點附近進行線性離散化，形如： e (k+1) = f (e (k), u (k)) = A ( a (k)) e (k) +B ( a (k)) u (k) (5) 其中
，e(k)和 e(k+l) 為離散狀態(tài)的偏差，u (k)為狀態(tài)空間描述模型的輸入值，k為離散時間； B、 設計水泥磨機離散狀態(tài)觀測器，將離散化后的方程的e(k)用^來估計，得到： e(k +1) = A(a(k))e + B(a(k)}u(k) +Lp(y(k)-Ce(k)) ( β ) 求解約束方程：
(7) j = I, 2,. . . ,m 得到使式（6)漸近穩(wěn)定的觀測器的增益Lp : e{k + \ + i\k) = A(a(k))e(k + i\k) + B(a(k))u(k + i\k) ( g ) 其中：￡<々 + /丨幻和u(k+i Ik)為k+i時刻水泥磨機預測控制子模塊的狀態(tài)和輸入； C、設計水泥磨機預測控制子模塊，求取預測控制子模塊的輸入： uk^k = Fk^k+i\k (9) 其中：

代表對稱位置的轉(zhuǎn)置。
7.如權(quán)利要求6所述的基于Bang-Bang控制的水泥聯(lián)合粉磨預測控制方法，其特征在 于，在步驟C中，設計出控制子模塊輸入式（9)施加給系統(tǒng)的同時，保證系統(tǒng)的輸出漸近穩(wěn) 定，即滿足： Jl (k) < e(k + i I k)1 Pf.e(k +?\^<ξ (10 ) 其中，￡#+/μ)和u(k+i|k)為k+i時刻水泥磨機預測控制子模塊的狀態(tài)和輸入， ?/J (A)為最優(yōu)化指標的下限，正數(shù)ξ為最優(yōu)化指標的上限。
【文檔編號】B02C25/00GK104384009SQ201410515136
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】袁鑄鋼, 張強, 王孝紅, 張先壘, 代桃桃, 申濤, 孟慶金, 景紹洪, 于宏亮, 王新江, 邢寶玲, 高紅衛(wèi), 崔行良, 白代雪, 劉化果, 任春里 申請人:濟南大學, 山東恒拓科技發(fā)展有限公司