[发明专利]含能材料反应釜的釜内温度动态矩阵控制方法

说明书

本发明公开了一种含能材料反应釜的釜内温度动态矩阵控制方法，包括：步骤一、建立基于成球工艺生产数据的含能材料反应釜釜内温度模型辨识模块；步骤二、建立基于动态矩阵的反应釜釜内温度控制模块。本发明通过利用DMC算法，将设定值y_s与实际输出y经过柔滑处理形成参考轨迹w；控制输入u(k)作用于对象得到实际输出y，作用于预测模型得到预测输出y_m；实际输出y与预测输出的差值生成输出误差，进行反馈校正，得到校正后预测输出参考轨迹w与校正后预测输出经过滚动优化，得到最优控制量u(k)。本发明的方法能够利用采样数据快速精确逼近反应釜温度模型参数，实时更新系统模型，通过动态矩阵控制器调节蒸汽阀门开度，控制反应釜釜内温度。

技术领域

本发明涉及含能材料生产控制技术领域，具体设计一种含能材料反应釜的釜内温度动态矩阵控制方法。

背景技术

含能材料的成球过程是生产的关键工艺环节，其工艺过程具有高度的非线性、多变量耦合性、不确定性、信息不完全性和大时滞后等特性，且被控变量与控制变量存在着各种约束等，基于定量数学模型的传统控制理论和技术难以得到满意的控制效果，为此需研究在线控制技术，实现成球过程的实时动态控制。

影响含能材料成球尺寸的工艺参数主要包括饱和蒸汽压，搅拌速度以及反应釜内温度。加热蒸汽压力影响反应釜的能量平衡，控制策略定值控制。反应釜搅拌速度将影响成球尺寸以及反应釜的能耗，以PID控制电机转速，可以实现反应釜搅拌机的无误差跟踪。

由于成球工艺过程的温度主要依靠蒸汽加热，而蒸汽通入反应釜夹套，对反应釜内部温度的加热具有大时滞性。目前对于反应釜温度的在线控制技术如预测控制、优化控制等都是基于模型的控制策略，实施在线控制的首要任务即建立准确的反应釜温度模型。受投料数量、种类的影响，反应釜中存在一系列复杂的反应，如成球工艺蒸溶阶阶段乙酸乙酯溶液蒸发的吸热效应，成球工序不同阶段会加入不同原料，反应釜温度模型会随着原料的添加发生变化，使得反应釜的温度动态特性具有分段性、时变性、大时滞的特点，很难根据反应的动态特性和平衡方程进行机理建模。采用机理建模的方法通过分析夹套式反应釜的结构对蒸汽加热过程中的热传递方式建立了发射药反应釜传温模型，建模过程繁琐，模型适应性差。

近年来，基于系统正常运行过程中的输入和输出数据的实验建模方法广泛应用于工业控制领域，而最小二乘法(RLS)通过最小化误差的平方和来寻找数据的最佳函数匹配，加入遗忘因子后克服“数据饱和”现象，对温度模型的时变特性进行追踪，实现时变过程的参数辨识，建立工艺过程的数学模型。以反应釜温度模型作为DMC控制系统模型，实现工艺参数的在线控制。

目前，我国化工行业反应釜生产过程的自动化控制水平相对落后，大量工艺参数依靠人工调节，工人劳动强度大，难以达到精确控制的目的。含能材料成球工艺过程难以摆脱人为因素造成的影响，导致含能材料产品质量不稳定，造成原材料成批次的浪费。

除人工控制外，企业现有的反应釜控制算法通常采用了传统的PID算法，很难解决反应釜温度控制的非线性、时变和大滞后特性，难以实现精确控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提出一种基于DMC动态矩阵控制的在反应釜温度在线控制系统，利用遗忘因子最小二乘法(FFRLS)完成含能材料反应釜系统模型辨识，温度控制系统借助辨识出的系统模型，通过DMC动态矩阵控制器完成反应釜温度的在线控制。

本发明是这样实现的：

含能材料成球工艺阶段，由于升温阶段、成球阶段及蒸溶阶段前添加不同物料，导致系统对蒸汽加热的灵敏度发生变化，造成系统模型的变化。根据生产过程，系统模型分为三个阶段，每个阶段系统模型结构一样，只有参数发生变化，辨识方法一样，现取加温阶段作为说明：

1.基于成球工艺生产数据的含能材料反应釜釜内温度模型辨识模块