[发明专利]一种级联流浆箱纸机全局优化控制方法

说明书

本发明涉及一种级联流浆箱纸机全局优化控制方法，包括以下步骤：1)建立双流浆箱级联模型；2)对双流浆箱级联模型在流浆箱工作点处进行线性化；3)上位机采用卡尔曼滤波获取在线性最小方差意义下的最优状态估计；4)根据最优状态估计采用模型预测控制方法预测后续时刻流浆箱气垫压力和纸浆液位值，并根据全局级给出的流浆箱气垫压力和纸浆液位给定值计算泵机电流和原浆输入最优控制序列，发送给下位泵机控制单元，实现对纸张生产品质的优化控制。与现有技术相比，本发明具有控制精度高、稳定性好、精准和快速最佳折中等优点。

技术领域

本发明涉及造纸生产控制领域，尤其是涉及一种级联流浆箱纸机全局优化控制方法。

背景技术

实现造纸生产过程优化主要有两条途径：在设计时采用先进工艺，在运行时采用先进的优化控制技术。本专利主要针对已投运的造纸生产装备进行实时优化控制。

在造纸生产过程中，实时优化是一个与具体工艺过程紧密结合的多级综合过程，数学上可描述为具有大量复杂约束的大规模多目标非线性优化问题。常规的解决思路是在一个优化问题中考虑所有可能的影响因素进行整体优化，这是不现实的，至少有三个难以克服的困难：首先，在一个优化问题中难以包含所有的目标、约束、故障和其他因素。其次，大规模的非线性优化问题求解运算量巨大，不可能进行实时计算；最后，当性能指标变坏时由于可能的引发因素过多且相互耦合，难以确定引发原因，确定有针对性的优化策略。

在纸机装备中，流浆箱是造纸机的关键部件，对成纸品质影响最为显著。目前在国内中小型造纸企业中，应用最为广泛的是气垫式流浆箱。现有流浆箱优化控制主要是针对单一流浆箱开展研究。在实际生产中，尤其对产能需求日益增大的硬板纸、瓦楞纸生产线，单个流浆箱无法满足其所需的纸浆量，往往需要多个流浆箱同时向网部喷浆，然后进行压榨。因此，本专利将级联流浆箱作为局部优化级。本发明重点介绍局部级的优化控制。

流浆箱内的纸浆浓度以及液位高度是各项控制任务中较为困难的任务之一。

原因主要在于：

1.废纸是造纸厂纸浆的主要原材料，进入流浆箱的纸浆可能含有泡沫、塑料等杂质，甚至生活垃圾，以至于存在腐浆导致流浆箱内纸浆浓度存在较大的波动。

2.匀浆辊难以完全消除涡流、偏流以及混流的影响，导致纸浆浓度分布不均匀；纸浆纤维絮聚，导致气垫压力不稳定，造成纸浆输出流速的波动。

3.流浆箱的进气口和出气口可能对流浆箱内压力造成波动，从而影响液位高度的平衡。

4.流浆箱系统一般为多输入多输出的系统，且带有明显的非线性和强耦合特性，给优化控制带来了挑战。

当前针对流浆箱所采用的控制方法大多是PID控制。MR Katebi等在PredictiveControl Design for Large-scale Systems(Automatica,1997,33,pp.421-425)中的研究表明，预测控制方法的精度要高于PID控制，在提高控制精度和卡边性能等方面极具优势，但是在纸机流浆箱中的应用则较少，其主要原因是预测控制对于工业生产过程中的不确定性干扰的处理效果不够理想，早期在工程实施上计算量较大，难以满足实时性要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种级联流浆箱纸机全局优化控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种级联流浆箱纸机全局优化控制方法，包括以下步骤：

1)建立双流浆箱级联模型；

2)对双流浆箱级联模型在流浆箱工作点处进行线性化；

3)上位机采用卡尔曼滤波获取在线性最小方差意义下的最优状态估计；