[发明专利]余热烘干系统的湿度优化控制方法

说明书

技术领域

本发明属于信息技术领域，涉及自动化技术中的模型预测控制方法（MAC，模型算法控制）、前馈-反馈控制方法和LQ最优控制方法，是基于以上几种方法对余热烘干系统的湿度进行优化控制。

背景技术

废塑料炼油是将生活和工业生产过程中产生的废塑料进行裂解炼油的新工艺。为保证裂解过程的效率和安全，在对废塑料进行裂解之前必须对废塑料进行烘干处理。由于废塑料为可燃物且其中还夹杂着废纸等易燃物体，为提高烘干效率尽量避免烘干物品自燃，在烘干时采用热空气与废塑料混合烘干的方式。这种混合烘干的效率和对燃气的利用率取决于烘干后出口烟气的湿度值，本烘干系统中当出口烟气湿度值达到50%时烘干效率和燃气利用率达到最高。然而以往的同类烘干系统控制中的控制算法未考虑到烟气湿度的影响，因而往往使系统的烘干效果不好，废塑料裂解效率不高，且造成燃气浪费，不符合节能降耗的要求。

发明内容

本发明的目的就是针对以往的烘干系统中未考虑烘干系统中出口烟气湿度值的影响，使烘干效率不高，造成燃气浪费而提出的一种烘干系统中的湿度优化控制方法。

本发明方法是一种模型预测控制方法（MAC，模型算法控制）、前馈-反馈控制方法和LQ最优控制方法相结合的混合模型切换控制方法。针对烘干物品易燃的特性，首先采用模型预测控制方法（MAC，模型算法控制）对余热烘干系统的出口烟气湿度值进行控制，使湿度值按照给定的参考轨迹平稳的达到50%，避免因控制输入量过大而导致烘干物品自燃而造成系统安全隐患；考虑到系统输入控制量扰动的影响，加入前馈补偿构成前馈-反馈的复合控制，对预测模型进行校正，加快系统扰动输入响应的同时减小系统的预测误差；当湿度值达到50%后采用LQ最优控制方法对系统进行最优化控制，增强系统抗干扰能力的同时使系统燃气用量最少。

本发明方法的具体步骤包括：

步骤一：建立系统的预测模型，用模型预测控制方法（MAC，模型算法控制）和前馈-反馈控制方法，控制余热烘干系统的出口烟气湿度，使湿度值平稳的达到50%。

a. 建立预测模型

具体方法是：以进料口流量，燃气阀开度值，冷配风阀门开度值为输入量，以湿度传感器采集到的烘干系统出口烟气湿度值为输出量，建立基于最小二乘法的离散差分模型；

                                            

其中表示烘干系统出气口空气湿度值，表示控制输入向量，表示系统的输入扰动向量；控制输入向量和扰动输入向量为

，

其中表示燃气二通阀阀门开度值，表示冷配风二通阀阀门开度值，表示进料口流量，在烘干过程中可通过调节、、三个控制输入量来控制烘干系统中的空气湿度。、、分别为三个输入量的扰动输入。、和表示通过最小二乘辨识获得的系统参数矩阵

，，

其中为待辨识的标量参数，、为待辨识的维矩阵，n为采样点数。

通过反变换，把上述模型转化成基于脉冲响应传递函数的非参数化模型，即烘干系统出口烟气湿度值预测模型：

其中表示第个采样时刻出口烟气的湿度预测值，为建模时域，表示第时刻的控制输入变量，表示第时刻的输入扰动。其中和的计算公式如下

，

, 

表示对括号内的算式做反变换。

b. 前馈控制器设计

由预测模型

整理后有

其中为被控对象没有扰动时的传递函数，为被控对象扰动通道的传递函数，且有

，

加入前馈控制环节后系统的输出变为

其中为前馈控制器的传递函数。当时有

令，可得前馈控制器的传递函数为。由此，前馈控制器的输出为

c. 采用前馈—反馈控制方法对系统进行校正，实现闭环预测

具体方法如下：用第步出口烟气湿度的实际值与该时刻的湿度预测值做差，可得该时刻的误差值。利用该误差对第个采样时刻的预测输出进行反馈修正，得到校正后第个采样时刻的输出预测值为

，

其中为误差修正系数，为预测时域。

为了使湿度值安全平稳的达到设定值，将模型预测控制方法（MAC，模型算法控制）中的指定参考轨迹在第个采样时刻的值取为

，