焦炉集气管压力的模糊预测控制

刘荣庆

摘要：焦炉集气管压力调节是保证焦炉稳定生产的重要调节方法之一，也是防止焦炉冒烟、正常生产焦炭工艺的重要手段。焦炉集气管压力过高，会导致焦炉炉子冒烟、着火，降低焦炉不足气体的回收效率，造成环境污染，危及焦炉操作人员的人身安全。焦炉集气管压力太低，会促进焦炭燃烧，增加空白气体的氧气含量，降低气体质量，造成炭化室和燃烧室之间的串联泄漏，从而严重影响焦炉的寿命。

关键词：焦炉集气管压力；模糊预测；控制

引言

经过多年的紧张研发，模型预测控制算法(MPC)在工程实践中得到了广泛应用。分别设计模糊控制器和MPC控制器，降低控制系统的复杂性。采用模糊预测控制算法还可以减轻模型的控制要求，提高模型不一致性的可靠性。本文在典型的预测控制中，利用与模型不相容的模糊推理补偿模型进行控制预测，并将结果应用于流形压力控制系统。

1国内研究现状

50年代和60年代国内工业仍然比较低，许多工业技术仍处于早期阶段，因此对积累的气动压力系统实行了手动控制。许多大型、中型焦厂气道通常采用自动调节方式运行，并配备转速控制、较大回流或出口阀，通常用于PID控制和歧义比控制程序。面对各种制造情况，控制也取得了相当大的进展，专家提出了一系列新的控制策略，吴红兵专家介绍了一种变参数PI控制策略；陈平专家运用智能技术和算法广泛应用这些控制。

2系统构成及工作原理

新的荒煤气收集压力控制系统如图1所示。新控制的核心由两台工业化控制计算机(双机热备盘)组成，将气压、蝶阀打开、机器前吸出装置、风机转速等信号与控制器连接起来。新控制系统根据设定的空气压力绘制截止阀的开口，当实际压力高于压力时打开阀门，当实际压力低于压力时关闭阀门。当截止阀达到一定(可调)气压低于规定压力时，控制器发出控制信号，降低风机转速，降低吸力；当蝶阀在某一点打开，空气压力仍高于规定压力时，控制器发出控制信号，提高风机转速，以提高吸力。调节风扇可提高指定区域内气流角度的灵敏度。系统至少在一个打开的阀门处稳定下来，以最大限度地减少系统阻力，从而最大限度地减少功耗。风机转速与进气道的压力和烧嘴的开启角度相匹配，而不是与机器的排气相匹配。这样可避免由于设备正面阻力(初始冷却器等)的变化而对送风管道造成压力。)或由于进料总长度不同，实际上将风机纳入空气压力控制中，从而建立了系统协调控制的总体策略。

图1新焦炉集气管压力控制系统构成

3集气管压力模糊预测控制

模糊预测控制器的输入信号由两个输入组成:Δu(k)=ΔuMPC(k)+ΔuF(k)（1）模式:模型预测控制算法的控制值为ΔuMPC(k)；偏差模糊所产生的补偿控制是ΔuF(k)。e(k)为期望输出yT(k)与实际输出y(k)在k时刻的偏差，ec(k)为k时刻的偏差变化率。利用e(k)和ec(k)通过模糊校正控制器进行模糊推理得出ΔuF(k)。控制器结构模糊，如图1所示。预测控制器中的模糊规则设计:如果控制器输出大于预测输出，且趋势较强，则需要减少控制器输出。如果控制器输出小于预测输出，且趋势较小，则需要增加控制器输出。分析表明，当打印机识别值超出范围时，模糊控制快速抑制打印更改。送风管道压力测量值接近预期输出值时模糊控制不起作用；如果管道的压力测试值与预期值相差太大而无法快速解决外部干扰，则模糊控制器的输出会增加。集气管的压力偏差值e(k)、压力偏差变化率ec(k)和蝶阀输出控制量Δu对应语言变量E、EC和U的值定义为：{E}=（NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB），{EC}={NB，NS，ZO，PS，PM，PB}，{U}={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}。

4.焦炉集气管压力控制

5.1焦炉集气管的三个压力测量信号同时送入计算机模糊控制系统

为了将计算机程序中的三点压力测量除以焦炉集气管压力平均值，消除仪表故障引起的平均变化，再次比较了该平均值，并分别比较了焦炉集气管压力的三点测量值。当三个测量点之一的平均偏差达到20Pa(测量范围的10%)的绝对值时，确定为仪表故障动态，且两个仪表同时发生故障时，计算机仍可以使用存储的压力值作为焦炉集气管压力的控制参数，解决因集气管、采样线、变送器、隔离开关和信号线故障导致集气管压力不受控制的设备事故，并在不解锁的情况下自动控制集气管压力。

5.2焦炉集气管压力测量

在计算机程序中，将压力测量值3分除以3，得出焦炉集气管压力平均值。同时，为了消除仪表故障引起的平均值变化，将该平均值与焦炉集气管压力的三点测量分开进行比较。如果某个测量值达到3个测量点平均偏差的绝对值20Pa(距离的10%)，则确定为仪器故障，错误信号被屏蔽，警告信息被发送。同时，计算机自动将两个测点的压力信号分成2个逻辑，这样当两个仪表同时发生故障时，计算机仍可以使用一个压力值作为焦炉集气管压力的控制参数。可以消除由歧管压力提取端口、采样管道、变送器、隔离挡板和信号线故障造成的歧管压力检测装置事故，以及歧管压力自动检测系统未解除联锁的情况。

结束语

本文阐述了集气管压力控制的非线性特点及控制要求，提出了基于预测控制和模糊决策相结合的控制策略和方案，设计预测模型、模糊反馈校正，并使用仿真分析验证控制算法的有效性。

参考文献

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