為原煤的水分，h。為原煤的可磨性系數(shù)，ω_為分離器轉(zhuǎn)速，Ta為磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫，Tcoal為原煤溫度；
[0100] 觀測(cè)方程為：
[0101]
[0102] 其中，h為觀測(cè)方程，Δρ為磨煤機(jī)進(jìn)出口壓差；
[0103] 輸出方程為：
[0104]
[0105] 其中，為磨煤機(jī)出口煤量；
[0106] S2 :對(duì)磨煤機(jī)的模型進(jìn)行辨識(shí)，得到磨煤機(jī)的狀態(tài)空間模型為：
[0107]
[0108] 其中，矩陣A，B，C，D均由辨識(shí)得到，x(k)為狀態(tài)量，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻；
[0109] S3 :求解被控量的預(yù)測(cè)值f(幻：
[0110]
(8)
[0111] 其中，各矩陣的表達(dá)形式如下：
[0112]
[0113]
[0114]
[0119] 其中，y(k)為被控量的反饋值，U(k)為控制量，Au(k)為控制增量，N為控制器的 預(yù)測(cè)時(shí)域，N。為控制器的控制時(shí)域；
[0120] S4 :結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和磨煤機(jī)模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法對(duì)磨煤機(jī)出口煤 量進(jìn)行估計(jì)，具體過(guò)程如下：
[0121] 首先對(duì)狀態(tài)方程f和觀測(cè)方程h進(jìn)行線性化處理，得到線性化后的矩陣F和Η如 下：
[0122]
[0123]
[0124] 記X= [Mcoal，TJ，Ζ= [Δp，TJ，u= [Ff，F(xiàn)a，Ta，ωsep]，設(shè)Ρ為X的協(xié)方差矩陣， Q、R分別是X、Z噪聲的協(xié)方差矩陣，則可以由上一采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)得到當(dāng)前的狀態(tài)量，其算 法如下：
[0125]X(k|k-1) =f[X(k-1 |k-l)] (18)
[0126] P(k|k-1) = F(k-l)P(k-l |k-l)FT(k-l)+Q (19)
[0127] Kg (k) = P (k | k-1) H (k)T [H (k) P (k | k-1) HT (k) +R] (20)
[0128] X (k | k) = X (k | k-1) +Kg (k) {Z (k) -h [X (k | k-1), u (k-1) ]} (21)
[0129] P(k|k) = [I-Kg(k)H(k)]P(k|k-l) (22)
[0130] 其中，Kg(k)為卡爾曼濾波增益，I為單位矩陣；
[0131] 由此得到當(dāng)前時(shí)刻的X(kIk)，進(jìn)而可知此時(shí)磨煤機(jī)內(nèi)存煤量Mraal (k)，然后根據(jù)公 式（6)求得磨煤機(jī)出口煤量
[0132] S5 :對(duì)狀態(tài)量x(k)進(jìn)行估計(jì)：
[0133] 設(shè)X(k)的協(xié)方差矩陣為i5，I-⑷為狀態(tài)量的估計(jì)值，說(shuō)),y(k)的噪聲協(xié)方差矩陣 為,估計(jì)過(guò)程如下：
[0134]
[0135]
[0136]
[0137]
[0138]
[0139] 由此得到狀態(tài)量的估計(jì)值沿*并令λ·(&) =?⑷々）；
[0140] S6 :由步驟S4得到當(dāng)前時(shí)刻的磨煤機(jī)出口煤量，由此得到當(dāng)前時(shí)刻控制器的 被控量反饋值通過(guò)計(jì)算以下目標(biāo)函數(shù)求得下一時(shí)刻的控制量U(k)，具體過(guò)程如下：
[0141] 設(shè)定目標(biāo)函數(shù)Jk:
[0142]
[0143] 其中，(〇2均為單位矩陣；
[0144] 將目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行改寫(xiě)，寫(xiě)成如下二次規(guī)劃形式：
[0146][0147] 其中，各矩陣表示如下：[0148]
[0145]
[0149]
[0150] E(k) =Yref(k)-?x(k)-ru(k-l) (32)
[0155] 其中，Yraf (k)為被控量的設(shè)定值，ΔU_為控制增量的上限，ΔU_為控制增量的下 限，umax為控制量的上限，Umin為控制量的下限，Ymax為被控量的上限，Ymin為被控量的下限， Gy為公式（15)，b為公式（31);
[0156] 下一時(shí)刻的控制量U(k)為：
[0157] 〇) = (.，(/<.-!}十[/ (1 ….?]Δ?·:'(Α-) (37)
[0158] S7 :判斷自動(dòng)控制系統(tǒng)是否停止運(yùn)行：如果停止運(yùn)行，則進(jìn)行步驟S8 ;否則，返回 步驟S3,更新被控量的預(yù)測(cè)值#(幻，并對(duì)下一時(shí)刻的出口煤量進(jìn)行估計(jì)；
[0159] S8 :結(jié)束。
[0160] 其中，Ν的取值為80~120,Ν。的取值為控制時(shí)域取5~8。
[0161] 在仿真實(shí)驗(yàn)中，2500s時(shí)給煤指令發(fā)生階躍擾動(dòng)，一次風(fēng)流量設(shè)定值調(diào)整到 75. 8t/h，保持出口溫度設(shè)定值不變，觀察三個(gè)被控量（圖2-圖4)和三個(gè)控制量（圖5-圖 7)的響應(yīng)曲線。其中，實(shí)線表示本專利的仿真效果，虛線表示傳統(tǒng)的控制方案效果，結(jié)果表 明，預(yù)測(cè)控制算法在出口煤量的調(diào)節(jié)上要快于傳統(tǒng)的PID控制方式，煤量達(dá)到設(shè)定值的時(shí) 間縮短了近20s，加快了機(jī)組對(duì)負(fù)荷指令的響應(yīng)。同時(shí)，本專利的控制方法可以保證一次風(fēng) 量和出口溫度較快穩(wěn)定下來(lái)，而且控制量也沒(méi)有較大幅度的波動(dòng)，綜合以上結(jié)果，可以看出 本專利的方法要優(yōu)于傳統(tǒng)的控制方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種中速磨煤機(jī)的多變量推斷預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：包括如下的步驟： 51 :建立中速磨煤機(jī)的模型： 中速磨煤機(jī)的一次風(fēng)量Fa、磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫Ta和給煤機(jī)瞬時(shí)流量Ff分別為：其中，μ。為冷風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度，μh為熱風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度，ω￡為給煤機(jī)轉(zhuǎn)速，1 f為給煤機(jī)皮帶長(zhǎng) 度； 狀態(tài)方程為：其中，f為狀態(tài)方程，Mraal為磨煤機(jī)內(nèi)存煤量，T_為磨煤機(jī)出口溫度，a為原煤的灰分，m為原煤的水分，h。為原煤的可磨性系數(shù)，ω_為分離器轉(zhuǎn)速，Ta為磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)溫，Traal為 原煤溫度； 觀測(cè)方程為：其中，h為觀測(cè)方程，Δρ為磨煤機(jī)進(jìn)出口壓差； 輸出方程為：其中，為磨煤機(jī)出口煤量； 52 :對(duì)磨煤機(jī)的模型進(jìn)行辨識(shí)，得到磨煤機(jī)的狀態(tài)空間模型為：其中，矩陣A，B，C，D均由辨識(shí)得到，x(k)為狀態(tài)量，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻； 53 :求解被控量的預(yù)測(cè)值f(幻： f (々} = ΦΖ(幻+ rf (/?· - 1) + (/,.Δ?Γ'μ ) ( 8、 其中，各矩陣的表達(dá)形式如下：其中，y(k)為被控量的反饋值，U(k)為控制量，Au(k)為控制增量，N為控制器的預(yù)測(cè) 時(shí)域，N。為控制器的控制時(shí)域； S4 :結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和磨煤機(jī)模型，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法對(duì)磨煤機(jī)出口煤量進(jìn) 行估計(jì)，具體過(guò)程如下： 首先對(duì)狀態(tài)方程f和觀測(cè)方程h進(jìn)行線性化處理，得到線性化后的矩陣F和Η如下：記x= [MCDal，TJ，Z= [Δp，TJ，u= [Ff，F(xiàn)a，Ta，ωsep]，設(shè)P為X的協(xié)方差矩陣，Q、R分別是X、Z噪聲的協(xié)方差矩陣，則可以由上一采樣時(shí)刻的數(shù)據(jù)得到當(dāng)前的狀態(tài)量，其算法 如下： X(k|k-1) =f[X(k-l|k-l)] (18) P(kIk-1) =F(k-1)P(k-11k-1)FT (k-1)+Q (19) Kg (k) =P(kIk-1)H(k)T[H(k)P(kIk-1)HT (k) +R] (20) X(kIk) =X(kIk-1) +Kg (k){Z(k)-h[X(kIk-1)，u(k-1) ]} (21) P(k|k) = [I-Kg(k)H(k)]P(k|k-l) (22) 其中，Kg(k)為卡爾曼濾波增益，I為單位矩陣； 由此得到當(dāng)前時(shí)刻的X(k|k)，進(jìn)而可知此時(shí)磨煤機(jī)內(nèi)存煤量Mraal (k)，然后根據(jù)公式 (6)求得磨煤機(jī)出口煤量f；ut; 55 :對(duì)狀態(tài)量x(k)進(jìn)行估計(jì)： 設(shè)x(k)的協(xié)方差矩陣為.#，i⑷為狀態(tài)量的估計(jì)值，只幻⑷的噪聲協(xié)方差矩陣為 【λ尺，估計(jì)過(guò)程如下：由此得到狀態(tài)量的估計(jì)值·?(々|/?)，并令4&) =?(Α|&); 56 :由步驟S4得到當(dāng)前時(shí)刻的磨煤機(jī)出口煤量，由此得到當(dāng)前時(shí)刻控制器的被控 量反饋值六幻，通過(guò)計(jì)算以下目標(biāo)函數(shù)求得下一時(shí)刻的控制量U(k)，具體過(guò)程如下： 設(shè)定目標(biāo)函數(shù)Jk:其中，《i、ω2均為單位矩陣； 將目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行改寫(xiě)，寫(xiě)成如下二次規(guī)劃形式：Si. rMJ(k)<c其中，各矩陣表示如下：其中，Yraf(k)為被控量的設(shè)定值，Λυ_為控制增量的上限，Δυ_為控制增量的下限，υ_為控制量的上限，umin為控制量的下限，Υ_為被控量的上限，Ymin為被控量的下限，G￥為 公式（15)，b為公式（31); 下一時(shí)刻的控制量U(k)為： U(k) = U(k-l) + [I0···〇]Alj(k) (37) 57 :判斷中速磨煤機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)是否停止運(yùn)行：如果停止運(yùn)行，則進(jìn)行步驟S8 ;否 貝1J，返回步驟S3,更新被控量的預(yù)測(cè)值f:(_，并對(duì)下一時(shí)刻的出口煤量進(jìn)行估計(jì)； 58 :結(jié)束。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中速磨煤機(jī)的多變量推斷預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于：所述N的取值為80~120,N。的取值為控制時(shí)域取5~8。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種中速磨煤機(jī)的多變量推斷預(yù)測(cè)控制方法，它采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，通過(guò)磨煤機(jī)進(jìn)出口壓差和出口溫度對(duì)磨煤機(jī)的出口煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，并以出口煤量的估計(jì)值作為新的被控量加入到控制系統(tǒng)中，同時(shí)增加了給每機(jī)轉(zhuǎn)速作為被控量，可以較快的響應(yīng)磨煤機(jī)負(fù)荷指令，縮短制粉系統(tǒng)側(cè)的延遲時(shí)間。在控制方法上采用模型預(yù)測(cè)控制算法，相比于傳統(tǒng)的PID控制方法可以更好的調(diào)節(jié)一次風(fēng)量和出口溫度，同時(shí)對(duì)煤質(zhì)改變引起的擾動(dòng)有較好的抑制作用。
【IPC分類】G05B13/04, B02C25/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105388765
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510982530
【發(fā)明人】焦健, 李益國(guó), 沈炯, 劉西陲, 吳嘯
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日