[其他]玻璃窑炉N—开关过程的控制方法

说明书

本发明涉及N个相同的连续动态过程的自动控制方法。

N-开关过程在工业中普遍存在，它是由开关控制N个相同的连续动态过程，N为任一正整数。如玻璃窑炉的蓄热室为2-过程，高炉热风炉为3-过程或4-过程，煤气发生炉为1-过程，煤焦炉为1-过程，等等。

现有玻璃窑炉蓄热室等N-开关过程的控制均采用对过程数学模型的静态控制方法（如定值、定位、定时控制等）、动态补偿方法、经验公式的三种方法，或是以上三种方法的组合。这些方法在局部时间、特定运行状态下，使性能接近最优，但不是最优的，其原因有二：

（1）因工程近似方法的缺陷所造成的固有弊病;

（2）系统的各参数一般是时变的，且状态测量值有噪音干扰，当系统响应有纯滞后存在时，静态逼近或经验方法难于做到准确地跟踪预测系统的状态。

目前大多数玻璃窑炉蓄热室的燃烧，一般为每隔15分钟开关切换一次，或当温度达到某一值时，开关进行切换。这种定值控制方法并不根据窑炉实际燃烧状况，也不管开关是否应该切换，因而难免造成能耗浪费及效率降低。

极小值原理或动态规则方法已用于动态过程的最优控制。自校正控制也已广泛用于军事、工业中连续量的控制。经查找各国专利文献，目前尚未见极小值原理及自校正控制方法用于N-开关过程的控制。

本发明的目的在于提出玻璃窑炉蓄热室开关切换的新控制方法，使每一个开关切换时刻都处于最佳时刻，保证连续运行过程取得最好效益。

本发明是根据常用的输入-输出关系模型，建立了在固定切换程序下描述时间-输出关系的改写模型。在硬件配置上，将存贮元件按照新的方式，组成二个寄存区队列，每对列有N个区。将N个子过程的输入输出值u_r（k），x_r（k），u_r（k-1），x_r（k-1）等，（其中r＝1，2…N）放在第一个寄存区队列中，称为物理数据区，每个单元存放一个物理子过程的输入输出值，其输入值随切换而周期性改变。改写模型把N个子过程重新排列，称为N个逻辑子过程，其输出数据依此排列放在第二个寄存区队列中，该队列称为逻辑数据区，其特点为每个寄存区代表一个逻辑子过程，对应着一个固定的输入状态，分别称为第1过程，第2过程…第N过程。

逻辑数据区的数据来源是物理数据区，因此，必须解决两区之间寄存区的对应问题。在每次切换之后，逻辑数据区与物理数据区的对应关系改变，见图3.（15）、（16）…（17）、（18）为物理数据区队列，（19），（20）…（21），（22）为逻辑数据区队列，它对应于第一子过程，第二子过程，…第N-1子过程，第N子过程。对应关系重建时，各寄存区的地址以及作用均不改变，要变的只是其数据传送的对应关系。相当于两个队列相对移动一步。重建之后，物理寄存区（15）原对应逻辑寄存区（19）即第一过程，现对应为第N过程（22），其余对应关系变为（16）对应（19），（18）对应（21）。此外，切换时的逻辑数据区内数值，代表着切换前对应的物理数据区传过来的数据的终值，逻辑数据区内存放的数值应朝队列方向循环移动一步，即数据沿下列方向移动：由逻辑数据区（19）移到（22），而（22）移到（21）依此类推。改写模型用到的这两个寄存区队列的配置方法及相对应关系的循环移位方法，是本发明的新的排列方法。与通常移位寄存器的不同在于它放置数据集合构成的队列，而不是数位队列，它的移位不是指地址及作用的改变，而仅仅是对数据传送的对应关系的改变。

玻璃窑炉蓄热室的N-开关的改写模型：

或简写为：X（i.j）＝Φ（j）X（i-1）+Γ（j）u

该改写模型明确表示出了N-开关的循环作用，并且其中真正的控制量是作用区间的长度j^＊即切换时刻。u在这里是一组常数。这样就将极小值原理应用于本控制方法之中。它使窑炉开关的切换时间为最佳时刻，热效率等指定的性能指标比其它控制方法都好。

在改写模型中，窑炉开关切换之间的时间间隔称为作用区间，而i则表示第i个作用区间。j表示采样周期数。X（i.j）表示在时间（i，j）N个过程的输出值。