燒結(jié)終點(diǎn)位置專家控制

1、1）燒結(jié)終點(diǎn)位置專家控制策略在燒結(jié)工藝中，燒結(jié)終點(diǎn)（Burning Though Point, BTP）是反映燒結(jié)熱狀態(tài)的重要參數(shù)，是判斷燒結(jié)過(guò)程正常與否的標(biāo)志之一，與燒結(jié)過(guò)程熱能利用率密切相關(guān)。燒結(jié)終點(diǎn)包括燒結(jié)終點(diǎn)位置與燒結(jié)終點(diǎn)溫度，其中，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)終點(diǎn)位置的自動(dòng)控制對(duì)保證整個(gè)燒結(jié)生產(chǎn)的順利進(jìn)行，增強(qiáng)燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量，提高燒結(jié)過(guò)程熱能利用率有著重要指導(dǎo)意義。而目前的燒結(jié)BTP位置自動(dòng)控制一般都是通過(guò)曲線擬合的方法，得到燒結(jié)廢氣溫度上升點(diǎn)（Burn Rising Point, BRP），來(lái)預(yù)測(cè)BTP的位置，繼而調(diào)節(jié)燒結(jié)機(jī)速度，從而達(dá)到穩(wěn)定BTP的目的。實(shí)際生產(chǎn)表明，由于BTP的控制存在很多的干

2、擾因素，僅僅依據(jù)BRP來(lái)調(diào)節(jié)操作參數(shù)，穩(wěn)定BTP是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，存在諸多不足：BTP溫度低，那么燒結(jié)礦整體溫度偏低，導(dǎo)致燒結(jié)礦強(qiáng)度不夠；機(jī)速過(guò)快或過(guò)慢，將導(dǎo)致混合料倉(cāng)料位過(guò)低或過(guò)高，不利于燒結(jié)過(guò)程的穩(wěn)順運(yùn)行。因此，除了BRP的影響外，還必須充分考慮其他工況（混合料倉(cāng)料位、風(fēng)箱負(fù)壓、料層厚度、配重）的影響，設(shè)計(jì)出基于多工況識(shí)別的BTP控制，提高燒結(jié)過(guò)程的抗干擾性。為了有效提高燒結(jié)過(guò)程的抗干擾性，保證燒結(jié)過(guò)程的穩(wěn)順運(yùn)行，本課題以穩(wěn)定燒結(jié)終點(diǎn)位置為目標(biāo)，采用一種基于工況識(shí)別的燒結(jié)終點(diǎn)參數(shù)自整定專家控制方法，通過(guò)工況識(shí)別，實(shí)時(shí)修改專家控制器的控制周期、控制步長(zhǎng)等參數(shù)，并可以根據(jù)不同的配重，靈活處理燒結(jié)機(jī)

3、速度的上下限，有效降低了操作工人的工作量，提高了整個(gè)燒結(jié)車間的工作效益?；诠r識(shí)別的燒結(jié)終點(diǎn)專家控制框圖如圖1所示，由工況識(shí)別、專家控制器和參數(shù)自整定模塊組成。經(jīng)過(guò)識(shí)別的各種工況通過(guò)經(jīng)驗(yàn)組合得到的專家規(guī)則不僅用于調(diào)整控制參數(shù)，還指導(dǎo)專家控制器的輸出。該控制方法包括以下步驟：步驟1：數(shù)據(jù)采集和模糊化步驟：采集和計(jì)算混合料倉(cāng)料位及其變化率、燒結(jié)終點(diǎn)位置的偏差、燒結(jié)終點(diǎn)溫度、17#19#風(fēng)箱溫度平均值的變化率以及燒結(jié)廢氣溫度上升點(diǎn)位置6個(gè)過(guò)程變量并進(jìn)行模糊化處理；步驟2：模糊診斷步驟：根據(jù)模糊化的6個(gè)過(guò)程變量，基于診斷規(guī)則得到當(dāng)前燒結(jié)運(yùn)行狀態(tài)處于何種工況；步驟3：在線控制步驟：根據(jù)模糊診斷步驟獲得

4、的工況，基于建立的專家規(guī)則，在線調(diào)整控制周期、控制步長(zhǎng)和燒結(jié)機(jī)速度的上限值和下限值，實(shí)現(xiàn)燒結(jié)終點(diǎn)的自動(dòng)控制。圖1燒結(jié)終點(diǎn)位置專家控制結(jié)構(gòu)框圖 數(shù)據(jù)采集和模糊化由典型狀況的知識(shí)表示，通過(guò)實(shí)時(shí)采集混合料倉(cāng)料位、燒結(jié)終點(diǎn)位置、燒結(jié)終點(diǎn)溫度、17#19#風(fēng)箱溫度等6個(gè)過(guò)程變量的檢測(cè)值，然后，通過(guò)設(shè)定的燒結(jié)終點(diǎn)位置（23號(hào)風(fēng)箱）和當(dāng)前時(shí)刻的燒結(jié)終點(diǎn)位置相減，得到燒結(jié)終點(diǎn)位置的偏差；并分別將當(dāng)前時(shí)刻和前一時(shí)刻的混合料倉(cāng)料位和17#19#風(fēng)箱溫度平均值相減，得到二者的變化率。將混合料倉(cāng)料位及其變化率、燒結(jié)終點(diǎn)位置的偏差、燒結(jié)終點(diǎn)溫度、17#19#風(fēng)箱溫度平均值的變化率以及燒結(jié)廢氣溫度上升點(diǎn)位置6個(gè)過(guò)程變量作

5、為模糊診斷的6個(gè)事實(shí)，各種工況和事實(shí)之間的關(guān)系如圖2所示。圖2 事實(shí)和工況關(guān)系圖 模糊診斷步驟模糊診斷是BTP控制的主體部分，主要是對(duì)獲取的知識(shí)進(jìn)行識(shí)別歸類，繼而判斷出當(dāng)前的燒結(jié)典型狀況，指導(dǎo)專家控制器的操作。模糊診斷主要包括模糊預(yù)處理、模糊推理和解模糊三個(gè)步驟。燒結(jié)過(guò)程中綜合狀況的信息一般以模糊命題的形式出現(xiàn)，如“BTP溫度正小”、“混合料倉(cāng)料位負(fù)大”、“BRP負(fù)小”等。用于描述綜合狀況的生產(chǎn)數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)模糊化后才使用，模糊化所用的隸屬度函數(shù)采取三角半梯形函數(shù)。該模糊診斷各過(guò)程變量采用的隸屬度函數(shù)曲線如圖3所示，是三角函數(shù)和半梯形函數(shù)的組合，中間是三角形函數(shù)，如（1）所示，兩邊是半梯形函數(shù)，

6、分別如式（2）和（3）所示。圖3 隸屬度函數(shù)曲線 （1） （2） （3）其中，(x)表示x屬于該模糊命題的隸屬度，即模糊命題成立的確信度。在沒(méi)有實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制之前，由于燒結(jié)過(guò)程中出現(xiàn)的典型現(xiàn)象都是依賴于熟練的操作工人的經(jīng)驗(yàn)判斷的，在長(zhǎng)期的燒結(jié)操作實(shí)踐積累大量切合實(shí)際的燒結(jié)狀況的知識(shí)，可以作為專家知識(shí)庫(kù)的主要來(lái)源。除此之外，還要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合相應(yīng)的燒結(jié)理論知識(shí)，得出燒結(jié)終點(diǎn)典型狀況與反映典型狀況的事實(shí)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖2所示，燒結(jié)終點(diǎn)的典型工況15種，分別對(duì)應(yīng)燒結(jié)過(guò)程的6個(gè)事實(shí)。一種典型狀況可能對(duì)應(yīng)多個(gè)事實(shí)，每種事實(shí)中又包含多個(gè)事實(shí)項(xiàng)，事實(shí)和典型狀況之間必須建立合理的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這里采用一

7、種模糊診斷的策略。將燒結(jié)過(guò)程的典型工況（Abnormal Condition，簡(jiǎn)稱AC）及相關(guān)事實(shí)項(xiàng)（Fact，簡(jiǎn)稱F）描述如下： （4） （5） （6）其中，式（4）表示15種典型工況，n=15；式（5）表示每個(gè)典型工況ACi與對(duì)應(yīng)的28個(gè)事實(shí)項(xiàng)的關(guān)系，m =28。為了更形象描述典型工況和事實(shí)項(xiàng)之間的關(guān)系，引入式（6），Ni表示第i個(gè)事實(shí)項(xiàng)的名稱，表示對(duì)應(yīng)的權(quán)重。式（4）和式（5）合起來(lái)就可以表示出不同的典型工況對(duì)應(yīng)的事實(shí)項(xiàng)序列。以“BTP大滯后”為例，該典型工況的事實(shí)項(xiàng)序列描述如下：-（7）其它典型工況的事實(shí)項(xiàng)序列對(duì)應(yīng)的權(quán)重如表1和表2所示表1 BTP工況對(duì)應(yīng)的事實(shí)項(xiàng)序列權(quán)重表事實(shí)工況BT

8、P位置的偏差BTP溫度負(fù)大負(fù)小零正小正大負(fù)零正10.1 0.050000.100200.10.05000.100300.050.10000.104000.050.10000.150000.050.1000.1續(xù)表2事實(shí)工況17#19#風(fēng)箱溫度平均值的變化率BRP負(fù)大負(fù)小零正小正大負(fù)大負(fù)小零正小正大10.250.10.05000.20.10.050020.10.250.1000.10.150.0500300.150.250.15000.050.10.0504000.10.250.1000.050.150.15000.050.10.25000.050.10.2表中1、2、3、4、5分別表示大滯后、

9、小滯后、正常、小提前、大提前，表中沒(méi)有列出的其它事實(shí)項(xiàng)的權(quán)重全部為零。表2 混合料倉(cāng)料位及其變化率工況對(duì)應(yīng)的事實(shí)項(xiàng)序列權(quán)重表事實(shí)工況混合料倉(cāng)料位混合料倉(cāng)料位變化率負(fù)大負(fù)小零正小正大負(fù)大負(fù)小零正小正大60.70.30000000070.30.40.30000000800.30.50.20000009000.30.40.300000100000.30.70000011000000.70.300012000000.30.40.300130000000.30.50.201400000000.30.40.315000000000.30.7表中615分別表示混合料倉(cāng)料位過(guò)低、低、適中、高、過(guò)高以及混合料倉(cāng)

10、料位變化率負(fù)大、負(fù)小、零、正大、正小，表中沒(méi)有列出的其它事實(shí)項(xiàng)的權(quán)重全部為零。根據(jù)獲取的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，定出15種典型工況和28個(gè)事實(shí)項(xiàng)對(duì)應(yīng)得權(quán)重矩陣，即兩者的模糊關(guān)系表示如下： （8）其中表示事實(shí)項(xiàng)i在典型工況j表現(xiàn)出來(lái)的重要程度，且?？梢詾?，如式（9）中反映“BTP大滯后”的事實(shí)項(xiàng)只有6個(gè)存在權(quán)重，其余的22個(gè)全部為零。當(dāng)時(shí)，表示該事實(shí)項(xiàng)在反映典型工況時(shí)不起作用。28個(gè)事實(shí)項(xiàng)在典型工況的知識(shí)獲取中經(jīng)模糊化后，可以得到如下的隸屬度向量： （9）設(shè)15中典型工況的隸屬度向量為： （10）模糊診斷的過(guò)程就是進(jìn)行模糊關(guān)系的運(yùn)算，如下所示： （11）其中符號(hào)表示取大，表示取小，理解為典型工況發(fā)生的可能性

11、，當(dāng)然越大，發(fā)生的可能性越大。如當(dāng)前時(shí)刻的BTP位置的變化率、BTP溫度、17#19#風(fēng)箱溫度平均值的變化率、BRP、混合料倉(cāng)料位及其變化率6個(gè)事實(shí)分別為-0.2個(gè)、400、7/(5s)、17號(hào)風(fēng)箱、75t、0.6t/(5s)，經(jīng)模糊化后得到的隸屬度向量=（0，0.667，0.333，0，0，0.364，0.636，0，0，0，0，0.6，0.4，0，0，1，0，0，0，0，0.5，0.5，0，0，0，0，0.8，0.2）T，由于每種工況對(duì)應(yīng)的事實(shí)項(xiàng)序列的權(quán)重疊加起來(lái)為1，隸屬度向量要經(jīng)過(guò)歸一化處理，得到=（0，0.167，0.083，0，0，0.91，0.159，0，0，0，0，0.15，0

12、.1，0，0，25，0，0，0，0，0.5，0.5，0，0，0，0，0.8，0.2）T依據(jù)式（11）的運(yùn)算得到15中典型工況的隸屬度向量=（0.091，0.1，0.15，0.1，0.1，0，0.3，0.5，0.4，0.3，0，0，0.2，0.4，0.3）。如工況BTP大滯后的隸屬度是這樣得到的：采用隸屬度最大的原則進(jìn)行解模糊，通過(guò)比較各典型工況的隸屬度，最大者即為當(dāng)前典型工況。由于模糊診斷得到的是燒結(jié)過(guò)程的三個(gè)典型工況，分別是BTP工況、混合料倉(cāng)料位及其變化率的工況，通過(guò)比較前5種典型工況的隸屬度值，最大者為BTP當(dāng)前工況；通過(guò)比較中間5種典型工況的隸屬度值，最大者為混合料倉(cāng)料位當(dāng)前工況；通過(guò)

13、比較后5種典型工況的隸屬度值，最大者為混合料倉(cāng)料位變化率當(dāng)前工況。如前面提到的例子，依據(jù)隸屬度向量，通過(guò)隸屬度最大的原則進(jìn)行解模糊，得到當(dāng)前的燒結(jié)工況為BTP正常，混合料倉(cāng)料位適中，混合料倉(cāng)料位的變化率正小。得到BTP的工況后，再結(jié)合混合料倉(cāng)料位及其變化率兩者的工況進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)組合，建立專家規(guī)則。專家規(guī)則采用了基于規(guī)則的表達(dá)形式，規(guī)則表由若干的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則組成，采用“IF 條件1 AND 條件2 AND條件3 THEN 結(jié)論”的形式，每條規(guī)則的輸入條件由上述三類典型工況的與關(guān)系構(gòu)成，結(jié)論是控制策略。總共建立125條規(guī)則，8套控制策略，在線調(diào)整各控制參數(shù)，指導(dǎo)專家控制器的執(zhí)行，控制策略具體描述如下：（1

14、）最大限度減慢機(jī)速；控制周期=1.0 min，控制步長(zhǎng)=-0.02 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；（2）中等限度減慢機(jī)速；控制周期= 5.0 min，控制步長(zhǎng)=-0.02 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；（3）最小限度減慢機(jī)速；控制周期=10.0 min，控制步長(zhǎng)=-0.02 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；（4）保持當(dāng)前速度；控制周期=10.0 min，控制步長(zhǎng)=0 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；（5）最小限度加快機(jī)速；控

15、制周期=1.0 min，控制步長(zhǎng)=0.02 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；（6）中等限度加快機(jī)速；控制周期=5.0 min，控制步長(zhǎng)=0.02 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；（7）最大限度加快機(jī)速；控制周期=10.0 min，控制步長(zhǎng)=0.02 m/min，機(jī)速上限=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.7m/min；（8）維持正常速度；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將正常的理想燒結(jié)機(jī)速度（IdealSv）設(shè)為2.98 m/min，控制周期=1.0 min，若當(dāng)前機(jī)速大于IdealSv，控制步長(zhǎng)=-0.05 m/min，機(jī)速上限

16、=3.28 m/min，機(jī)速下限=2.98 m/min；若當(dāng)前機(jī)速小于IdealSv，則控制步長(zhǎng)=0.05 m/min，機(jī)速上限=2.98 m/min，機(jī)速下限=2.7 m/min；若兩者相等，則保持機(jī)速為2.98 m/min。 專家控制規(guī)則表如下表所示：表3專家規(guī)則表混合料倉(cāng)料位混合料倉(cāng)料位變化率BTP大提前小提前正常小滯后大滯后過(guò)高正大（7）（7）（7）（7）（7）過(guò)高正?。?）（7）（7）（7）（7）過(guò)高零（7）（7）（7）（7）（7）過(guò)高負(fù)?。?）（5）（8）（8）（8）過(guò)高負(fù)大（8）（8）（8）（3）（2）高正大（7）（7）（7）（7）（7）高正?。?）（6）（5）（5）（5）高零（

17、7）（6）（5）（3）（2）高負(fù)?。?）（5）（8）（2）（1）高負(fù)大（6）（5）（8）（2）（1）適中正大（7）（6）（6）（3）（2）適中正?。?）（6）（8）（3）（2）適中零（6）（8）（8）（8）（2）適中負(fù)小（5）（5）（8）（2）（1）適中負(fù)大（1）（1）（1）（1）（1）低正大（6）（5）（8）（2）（1）低正?。?）（5）（8）（2）（1）低零（2）（2）（2）（2）（1）低負(fù)小（2）（2）（2）（1）（1）低負(fù)大（1）（1）（1）（1）（1）過(guò)低正大（8）（8）（8）（2）（1）過(guò)低正?。?）（8）（8）（3）（1）過(guò)低零（1）（1）（1）（1）（1）過(guò)低負(fù)小（1）（1）（

18、1）（1）（1）過(guò)低負(fù)大（1）（1）（1）（1）（1）表中，（1）（8）如控制策略所示。 專家控制將整定完后的參數(shù)送給燒結(jié)機(jī)機(jī)速自調(diào)整模塊，由該模塊完成機(jī)速的在線下發(fā)。為了防止由于燒結(jié)機(jī)機(jī)速劇烈突變?cè)斐傻臒Y(jié)過(guò)程不穩(wěn)順的現(xiàn)象，實(shí)時(shí)采集燒結(jié)機(jī)當(dāng)前的機(jī)速，在該機(jī)速的基礎(chǔ)上，依據(jù)整定完后的參數(shù)，進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)變周期變步長(zhǎng)的燒結(jié)終點(diǎn)自動(dòng)控制。機(jī)速自調(diào)整方式具體如式（12）所示。 （12）其中，SV表示下一控制周期機(jī)速下發(fā)值，PV表示當(dāng)前控制周期機(jī)速檢測(cè)值，CS表示控制步長(zhǎng)，SVUpLimit表示機(jī)速上限，SVLowLimit表示機(jī)速下限。 如前面提到的例子，得到各典型工況后，通過(guò)查表4，可以得到當(dāng)前工況下采用控制策略（8），并按照式（12）下發(fā)燒結(jié)機(jī)機(jī)速。由圖4和圖5得知，本發(fā)明使得燒結(jié)終點(diǎn)基本穩(wěn)定在22.5-23.5之間，偏差控制在±0.5個(gè)風(fēng)箱之內(nèi)，波動(dòng)率為13%，降低了12%。表5選用利用系數(shù)、轉(zhuǎn)鼓指數(shù)和篩分指數(shù)這幾個(gè)關(guān)