Smith預(yù)估補(bǔ)償控制策略

1、Smith預(yù)估補(bǔ)償控制策略在轉(zhuǎn)爐預(yù)估補(bǔ)償控制策略在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用煤氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用組員組員: : 藺瀟藺瀟劉杭劉杭 趙全紅趙全紅齊寶喆齊寶喆 張謙張謙史紹楊史紹楊目錄目錄2-12 / 12Smith預(yù)估補(bǔ)償控制策略在轉(zhuǎn)爐煤氣回收預(yù)估補(bǔ)償控制策略在轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中的應(yīng)用系統(tǒng)中的應(yīng)用工業(yè)背景工業(yè)原理 控制方案設(shè)計(jì) 控制算法研究 工業(yè)背景工業(yè)背景在轉(zhuǎn)爐煉鋼生產(chǎn)過程中，爐口會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，其主要成分為CO，如果不進(jìn)行回收處理和控制排放，不僅污染大氣環(huán)境，還會(huì)造成能源浪費(fèi) 。工藝分析表明 ：轉(zhuǎn)爐煤氣回收與煙氣減排的效果關(guān)鍵存于爐口的壓差控制。目前，工業(yè)生產(chǎn)中普遍采用的仍然是傳統(tǒng)的PI

2、D控制方法。但由于PID調(diào)節(jié)器增益參數(shù)是固定的，故對(duì)于諸如轉(zhuǎn)爐煤氣回收這樣的非線性、純滯后復(fù)雜系統(tǒng)，采用它來(lái)設(shè)計(jì)位置伺服控制器，經(jīng)常會(huì)存在快速性和超調(diào)量之間的矛盾，因而使得控制系統(tǒng)在整個(gè)運(yùn)行過程中很難達(dá)到滿意的動(dòng)態(tài)控制效果 。為了克服超調(diào)量和快速性之間的矛盾，近年來(lái)人們提出各種非線性PID控制策略，以提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制性能 。本文在非線性PID控制算法的基礎(chǔ)上，采用Smith預(yù)估器進(jìn)行純滯后補(bǔ)償?shù)姆桨?，并在?duì)爐口壓差控制系統(tǒng)模型進(jìn)行數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上，應(yīng)用于梅山煉鋼廠150 t轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)中，有效地提高了差壓調(diào)節(jié)過程的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，達(dá)到了較好的生產(chǎn)效果。 工業(yè)原理工業(yè)原理目前轉(zhuǎn)爐煤氣回收系統(tǒng)

3、主要采用的是文氏管濕法除塵回收技術(shù)(OG)，基本工藝流程如圖1所示，主要有轉(zhuǎn)爐活動(dòng)煙罩、汽化煙道、一文脫水、二文喉口調(diào)節(jié)、回收汽柜、放散塔幾個(gè)部分組成，分別具有輸送煙氣、降溫除塵、流量調(diào)節(jié)、煤氣收集、放散排空的功能 。罩在爐口上的活動(dòng)炯罩與爐口問的縫隙處，存在著煙罩內(nèi)、外氣體之間的壓差。壓差負(fù)值較大，將導(dǎo)致爐外空氣被吸入煙罩，促使CO燃燒，使煤氣回收量和熱值降低，反之，壓差正值較大，將造成爐口煙氣外溢，同樣使煤氣回收量和熱值減少，并污染大氣環(huán)境。由于在轉(zhuǎn)爐鋼水冶煉過程中，爐內(nèi)煙氣的生成量在不斷變化，爐口壓差也隨之改變，因此，通過壓差的測(cè)量來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)二文喉口的開度，控制煙氣輸出流量，使風(fēng)機(jī)的抽風(fēng)

4、量與煙氣的生成量保持一致，即可使?fàn)t口壓差趨近于零，就可避爭(zhēng)煙氣外溢或向罩內(nèi)吸入空氣，從而達(dá)到較好的煙氣減排及煤氣回收效果。 工藝原理工藝原理控制方案設(shè)計(jì)控制方案設(shè)計(jì)6 / 12根據(jù)上述工藝要求，可設(shè)計(jì)圖2所示的爐口差壓控制原理框圖。通過安置在活動(dòng)煙罩頂部的取壓管，從爐口取出壓差信號(hào)后，經(jīng)差壓變送器轉(zhuǎn)換，再根據(jù)壓差設(shè)定值，由Smith預(yù)估補(bǔ)償控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)量輸出計(jì)算，然后通過電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)二文喉口的流量調(diào)節(jié)閥(RD閥)。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分惡劣，作用于RD閥的各種干擾會(huì)導(dǎo)致其定位不準(zhǔn)確，如：由外部設(shè)備引起的機(jī)械振動(dòng)以及被控流體和內(nèi)部潤(rùn)滑介質(zhì)流動(dòng)造成的振動(dòng)都會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行器產(chǎn)生振蕩；此外由于臟物或油

5、污使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀，引起執(zhí)行器的機(jī)械連接閥體等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)之間的磨損程度產(chǎn)生變化。為此，通常在執(zhí)行機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)環(huán)節(jié)設(shè)置閉環(huán)控制，即采用安裝在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上的角位移傳感器發(fā)出反饋信號(hào)與調(diào)節(jié)信號(hào)相比較，直至電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服放大器的輸出為零，RD閥轉(zhuǎn)動(dòng)停止，從而實(shí)現(xiàn)RD閥的準(zhǔn)確定位。由于冶煉過程中，需要對(duì)轉(zhuǎn)爐實(shí)施加料、降罩等工藝操作，這將導(dǎo)致爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)加劇，煙氣生成量驟然變化，使得爐內(nèi)煙氣壓力波動(dòng)較大。為保持爐口壓差為設(shè)定值，必須使喉口開度的控制速度能跟上煙氣壓力變化的速度，并滿足無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)要求，才能達(dá)到爐口壓差的自動(dòng)控制的目的?？刂品桨冈O(shè)計(jì)控制方案設(shè)計(jì)7 / 12第一部分第一部分控制算法研究控制算法研究

6、控制算法研究控制算法研究 從傳遞函數(shù)可看出，爐口壓差控制系統(tǒng)是二階純滯后系統(tǒng)設(shè)定值為單位階躍信號(hào)，分別采用PID、Smith預(yù)估補(bǔ)償后的PID控制器進(jìn)行仿真.從仿真曲線可以看出，PID控制產(chǎn)生超調(diào)量而Smith預(yù)估補(bǔ)償后的控制沒有產(chǎn)生超調(diào)量，PID的上升時(shí)間分別為：5.8 s；而Smith補(bǔ)償后的PID控制的上升時(shí)間為：15 S。1-1PID控制器控制器1-1PID控制器控制器1-2Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂破黝A(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂破?-2Smith預(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂破黝A(yù)估補(bǔ)償?shù)目刂破鲀煞N方法的比較兩種方法的比較經(jīng)典PID控制算法在對(duì)鍋爐內(nèi)膽溫度控制系統(tǒng)有很好的調(diào)節(jié)品質(zhì)，仿真結(jié)果沒有超調(diào)，并且魯棒性（PID控制器的穩(wěn)固性和抗攻擊性）好，系統(tǒng)穩(wěn)定。 但是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，物料、能量的傳輸所帶來(lái)的時(shí)間延遲問題是傳統(tǒng)PID控制器所不能很好解決的控制問題。常規(guī)的PID控制系統(tǒng)對(duì)于延遲大、非線性強(qiáng)、控制信號(hào)反應(yīng)慢的復(fù)雜熱加工過程往往不能獲得令人滿意的控制效果。加熱爐的爐溫控制問題是一個(gè)典型的時(shí)間滯后問題。史密斯預(yù)估控制技術(shù)在該系統(tǒng)應(yīng)用，起到及時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)中可能引起被控