[发明专利]一种废塑料裂解反应釜的压力平衡控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种生活垃圾废塑料裂解反应釜的压力平衡控制，利用预测控制-动态前馈补偿的复合控制方法，实现对废塑料裂解反应釜的压力平衡控制，可以用于化工行业反应釜的压力控制。

背景技术

随着现代城市化进城的发展，日常生活中产生了大量的生活垃圾。这些生活垃圾中，包装塑料袋、塑料器皿、医疗废塑料等都是再生资源。如果不对生活垃圾中的这些可再生资源进行合理利用，不但会造成严重的环境污染，而且也使资源浪费严重。生活垃圾中的废塑料通过裂解制油不但可以减少对环境的污染，同时可以在一定程度上缓解日益严重的能源短缺问题。

反应釜是废塑料裂解制油的核心设备，反应釜的压力平衡控制非常重要，控制效果要求也较严格，是保证反应釜连续进、出料和安全生产的核心技术。废塑料裂解过程中，需要保证反应釜始终处于微正压，否则将影响裂解效率且极易导致安全问题。目前工业生产中，废塑料裂解反应釜的压力平衡控制，一般采用常规的PID方式，控制效果不理想。针对这一现状，本发明提出一种生活垃圾废塑料裂解反应釜压力平衡控制方法，通过预测控制-动态前馈补偿的复合控制方法，可弥补PID等传统控制方式在控制精度和抗干扰性能方面的不足，保证反应釜压力控制具有较高的精度和抗干扰性，满足工业生产的需求。

发明内容

本发明的目的就是针对利用现有PID等方法来控制生活垃圾废塑料裂解反应釜压力的不足，提供一种反应釜压力平衡控制的新方法。首先，在系统平稳运行且不存在扰动输入的情况下，利用预测控制方法设计反馈控制律；然后，考虑系统存在各类可测扰动输入的情况下，利用串联低通滤波器的方法设计严格正则的动态前馈控制律，提高系统的抗干扰性能；最后，将上述两者结合，设计预测控制-动态前馈补偿相结合的复合控制律。通过本发明提出的预测控制-动态前馈的复合控制方法，可以实现对裂解反应釜压力平衡的有效控制，保证裂解反应高效、安全的进行。

本发明的生活垃圾裂解反应釜压力平衡控制方法的具体步骤是：

步骤一：平稳运行、不存在扰动输入情况下的预测控制设计

a. 建立系统稳态模型。首先，以生活垃圾废塑料裂解反应釜转速、过剩空气系数、烟气排出速度、进料速度、出料速度和催化剂供应量为控制输入量，以压力测量仪采集到的裂解反应釜内的压力值为输出量，在被控系统平稳运行、不存在扰动输入的情况下，通过系统辨识方法，建立反应釜压力平衡控制的离散时间传递函数模型

其中为k时刻由压力传感器测量所得的裂解反应釜内的压力值；为k时刻的控制输入向量，6个控制输入分量依次表示k时刻的反应釜转速、过剩空气系数、烟气排出速度、进料速度、出料速度和催化剂供应量；和表示通过辨识得到系统参数

，

其中、表示需要辨识的模型参数，I表示具有合适维数的单位矩阵，、表示采样个数。

然后，可将前述反应釜压力控制系统模型表示为下述状态空间模型

其中为状态向量，为k时刻控制输入的增量，系数矩阵A、B和C分别为

b. 预测输出值。由a步建立的裂解反应釜压力控制系统模型，通过迭代计算，可得k+j时刻的输出值为

其中为向量的估计值，j为正整数。

进一步，可将预测输出表示为下述形式

其中

其中N和N_u分别表示预测时域和控制时域，为k+s时刻输出量的预测值，且。

    由上式可知，输出量的预测依赖于状态向量的估计值。可通过设计一个渐近估计器，用于状态向量的估计。利用标准极点配置方法，设计一个维数适当的观测器增益矩阵L，使得矩阵(A-LC)的所有特征值都小于1，则该观测器是渐近收敛的。此时，的估计值可按下式计算

c. 优化控制律求解。建立二次型优化目标函数

其中和为标量系数。

当取和时（为定常的标量），优化目标函数可写为

利用二次规划（QP）问题的求解方法可得最优控制输入为

其中I表示维数合适的单位矩阵。