多焦炉集气管压力系统预测控制策略研究与实现-控制科学与工程专业论文.docxVIP

上海交通大学 上海交通大学 万方数据 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 削文阳名:机J 日期:川年干月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 必威体育官网网址口，在 年解密后适用本授权书。 不必威体育官网网址 d (-请在以上方框内打 .J ) 学位论文作者签名:非如 制教附:/俨 口H「旷///月1y年rφl!ν期 口H 「旷// / 月 1y 年 rφl! ν 期 口u 摘要 摘要 多焦炉集气管压力系统预测控制策略研究与实现 摘要 焦炭是钢铁行业的重要原料，炼焦环节就成为了钢铁行业的重要组 成部分。炼焦过程的主要副产品是荒煤气，对荒煤气的收集过程（集气 过程）关系到炼焦系统稳定、焦炭质量和设备寿命等重要因素。集气管 压力是标志集气过程乃至整个炼焦环节运行是否平稳的重要技术指标， 因此研究焦炉集气过程的压力控制方案对钢铁工业有着重要意义。 一般焦化厂的布局都是多座焦炉不对称排列连接，多焦炉的集气过 程（称为多焦炉集气管压力系统）是一个复杂的工业过程，具有多变量、 受约束、强耦合、不对称和非线性等特点。 预测控制算法正是处理这类复杂工业过程的先进控制算法，并且已 经在工业过程中取得了成功和成熟的应用。因此，本文将预测控制算法 引入多焦炉集气管压力系统，在分析系统特性基础上，建立了系统的简 化模型，研究、仿真并实现了系统预测控制策略。本文主要工作如下： 1）实现了多焦炉集气管压力系统建模及仿真软件。通过分析系统特 性，利用系统机理模型，使用 Matlab/Simulink 工具搭建了模块化的仿真 环境；为满足预测控制算法对模型的需求，提出和采用了一种模型简化 的方法；在此基础上编写实现了多焦炉集气管压力系统建模及仿真软件。 2）多焦炉集气管压力系统预测控制策略研究。通过分析，本文采用 了基于增广状态空间模型和带前馈反馈控制结构的预测控制算法，通过 仿真及与 PID 控制的对比验证了所选控制策略的有效性。 I 3）设计和实现了预测控制算法通用仿真平台。将预测控制算法引入 实际的多焦炉集气管压力系统之前，需要验证算法的可行性和有效性， 同时为了满足更一般的预测控制算法仿真需求，本文实现了预测控制算 法的通用仿真平台，并通过对多种常用预测控制算法形式的仿真示例验 证了平台的处理能力。 4）实现了多焦炉集气管压力优化控制系统优化从站软件。本文所设 计的预测控制策略将作为一个实现优化控制功能的从站加入到新华公司 的多焦炉集气管压力优化控制系统，文章实现了该从站上运行的软件。 关键词：焦炉集气管，压力控制，优化，模型预测控制，前馈，增广状 态空间，ModBus 协议 II A ABSTRACT Research and Implementation of Model Predictive Control for Multiple Gas Collectors of Coke Ovens ABSTRACT Since coke is an important raw material of the steel industry, coking process becomes an important part of steel industry. The main by-product of the coking process is raw gas, so the gas collecting process is related to the stability of the whole coking process, the quality of coke and the life of the equipments. The pressure of gas collector pipe is an important industrial parameter, which marks the running status of the gas collecting process, even the whole coking process. Therefore, investigation of p