高炉鼓风机的控制方法技术

本申请涉及一种高炉鼓风机的控制方法，首先从数据出发建立鼓风机系统模型，进而针对鼓风机系统存在的多变量强耦合性，采用了解耦设计，消除各变量之间的耦合作用，把多变量的转化为独立的单变量系统，以实现更高质量的控制性能。接下来基于PID控制算法，生成鼓风机的PID控制逻辑表达式，实现对高炉鼓风机的准确控制。最后根据高炉鼓风机实际设备的外观与内部结构，构建鼓风机三维模型，并将解耦后的变量导入鼓风机三维模型中，实现高炉鼓风机控制流程和模型结构两者同步动作，从而实现高炉鼓风机设备的自动化运作，以及实时优化设备当前的运行状态。的运行状态。的运行状态。

【技术实现步骤摘要】
高炉鼓风机的控制方法


[0001]本申请涉及工业过程控制
，特别是涉及一种高炉鼓风机的控制方法。

技术介绍

[0002]自2014年Michael Grieves教授发布数字孪生白皮书《Digital Twin:Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication》，数字孪生技术受到了产业界的广泛关注，使其成为了众多企业实时数字化转型的有利技术推手。
[0003]目前，数字孪生技术的目标为以数字化的形式在虚拟空间中构建了与现实世界一致的高保真模型，通过与实际设备间不间断的闭环信息交互反馈与数据融合，能够模拟实际设备的行为，监控物理世界的变化，反映物理世界的运行状况，评估物理世界的状态，诊断发生的问题，预测未来趋势，乃至优化和改变相关设备的运行状态。因此，数字孪生技术被逐渐应用于高炉鼓风机的定风压和定风量控制策略中。
[0004]传统的基于数字孪生技术的高炉鼓风机的控制方法，着重于数字孪生所工程数据在三维模型中的展示，却忽略了驱动数据孪生技术的系统建模控制技本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高炉鼓风机的控制方法，其特征在于，所述方法包括：获取高炉鼓风机的输入数据和输出数据，依据输入数据和输出数据建立鼓风机系统模型；基于鼓风机系统模型，对鼓风机系统中的各个变量进行解耦，得到多个解耦后的变量；基于PID控制算法，生成鼓风机的PID控制逻辑表达式；构建鼓风机三维模型；将多个解耦后的变量依次导入鼓风机三维模型中，以实时驱动鼓风机三维模型中各个设备的设备动作。2.根据权利要求1所述的高炉鼓风机的控制方法，其特征在于，所述获取高炉鼓风机的输入数据和输出数据，依据输入数据和输出数据建立鼓风机系统模型，包括：设置采样条件，所述采样条件包括采样周期长度Ts，采样周期序号k，采样周期总数N和采样起点Ts；所述采样长度为每一个采样周期的时间长度，获取在所述采样条件下的开度数据和出口数据；所述开度数据包括放空阀开度、防喘阀开度、静叶开度和进气阀门开度中的一种或多种；所述出口数据包括鼓风机出口压力和鼓风机出口流量；依据公式1
‑
a、公式1
‑
b和公式1
‑
c构建鼓风机系统模型；c构建鼓风机系统模型；k
×
T
s
≤t≤(k+1)
×
T
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
公式1
‑
c；其中，为开度数据，y(t)为出口数据，x(t)为状态向量，为状态向量的一阶导数，w(t)为过程噪声，v(t)为测量噪声，A为第一矩阵，B为第二矩阵，C为第三矩阵，D为第四矩阵，k为采样周期序号，Ts为采样周期长度；所述采样周期长度为每一个采样周期的时间长度；依据公式2
‑
a、公式2
‑
b和公式2
‑
c定义第一展开矩阵、第二展开矩阵和第三展开矩阵；Γ
i
＝[C
T (CA)
T ... (CA
i
)
T
]
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
公式2
‑
a；a；其中，Γ
i
为第一展开矩阵，H
i
为第二展开矩阵，G
i
为第三展开矩阵，A为第一矩阵，B为第
二矩阵，C为第三矩阵，D为第四矩阵，i为预设阶数，T为矩阵的转置符号；设置预设阶数i，对公式1
‑
b求i阶导数，生成出口数据的i阶导数表达式，出口数据的i阶导数表达式如公式3所示；其中，y
i
(t)为出口数据的i阶导数，为开度数据，x(t)为状态向量，Γ
i
为第一展开矩阵，H
i
为第二展开矩阵，G
i
为第三展开矩阵，w
i
(t)为过程噪声，v(t)为测量噪声；分别构造出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声的栈向量的表达式；将出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声的栈向量的表达式分别进行矩阵式扩展，得到出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声各自对应的矩阵扩展表达式；将出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声各自对应的矩阵扩展表达式代入至公式2，得到鼓风机系统模型的表达式；求取鼓风机系统模型的表达式中的第一矩阵，第二矩阵，第三矩阵和第四矩阵；将第一矩阵，第二矩阵，第三矩阵和第四矩阵代入至鼓风机系统模型的表达式。3.根据权利要求2所述的高炉鼓风机的控制方法，其特征在于，所述分别构造出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声的栈向量的表达式，包括：依据公式4，将出口数据转化为出口数据的栈向量的表达式；其中，y
i
(t)为出口数据的栈向量，y(t)为出口数据，为出口数据y(t)的一阶导数，y
(i)
为出口数据y(t)的i阶导数，T为矩阵的转置符号，i为预设阶数。4.根据权利要求3所述的高炉鼓风机的控制方法，其特征在于，将出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声的栈向量的表达式分别进行矩阵式扩展，得到出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声各自对应的矩阵扩展表达式，包括：基于公式4对公式3进行矩阵式扩展，并将采样数据扩展至N个，生成出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声各自对应的矩阵扩展表达式，如公式5所示；其中，y
i
(t
N
)为t
N
时刻下的出口数据的栈向量，为t
N
时刻下的开度数据的栈向量，w(t
N
)为t
N
时刻下的过程噪声的栈向量，v(t
N
)为t
N
时刻下的测量噪声的栈向量，N为采样周期总数。5.根据权利要求4所述的高炉鼓风机的控制方法，其特征在于，所述将出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声各自对应的矩阵扩展表达式代入至公式2，得到鼓风机系统模型的表达式，包括：
将状态向量的采样数据拓展至N个，得到状态向量对应的扩展表达式；将公式5中出口数据，开度数据，过程噪声和测量噪声各自对应的矩阵扩展表达式代入至公式2，以及将状态向量对应的扩展表达式代入至公式2，得到鼓风机系统模型的表达式，鼓风机系统模型的表达式如公式6所示；其中，X
1,N
为状态向量对应的扩展表达式，N为采样周期总数，x(t1)为t
N

【专利技术属性】
技术研发人员：付立，吴平，楼嗣威，胡明友，胡晖，刘亮，潘德茂，徐海玉，
申请(专利权)人：杭州哲达科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：