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基于性能评估的炼焦生产过程优化运行闭环控制系统设计

作　者: 胡玉茹
导　师: 吴敏；雷琪
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 炼焦生产过程优化运行控制 性能评估 形式化描述 多目标差分进化算法 专家规则
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 37次
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内容摘要


焦炭作为炼焦生产过程的主要产品,是诸多国民经济命脉行业的重要原材料。随着我国焦炭需求和产能的急剧增加,炼焦生产企业对焦炭质量、炼焦能耗和生产效率等综合生产指标提出了更高的要求。但是炼焦行业过程优化控制还处于单元化、局部化水平,过程优化控制系统也因缺少维护而出现性能逐步下降的情况,因而严重影响了焦炭品质和产量的提高以及炼焦消耗的降低,从而难以实现企业全局经济效益最优。针对上述问题,本文进行了基于性能评估的炼焦生产过程优化运行闭环控制系统设计研究。首先,在炼焦工艺机理分析的基础上,提出了包含协调优化级、区域过程控制级、基础自动化级以及性能评估系统的炼焦生产过程优化运行闭环控制系统结构。在该结构中,根据性能评估系统的评价结果,实时调节各级的优化控制过程,实现炼焦过程闭环控制；其次,采用线性逻辑、集合理论、产生式规则、元组等方法对该结构中各部分的功能与实现方法进行了形式化描述,从而为炼焦生产过程优化运行闭环控制系统的设计提供了描述手段；接着,基于形式化描述,在协调优化级建立了以焦炭产量最大、炼焦能耗最小为优化目标,焦炭质量与工艺要求为约束,机、焦侧火道温度、配合煤水分和结焦时间为决策变量的多目标协调优化模型,提出了一种改进的多目标差分进化算法求解该模型,实现了炼焦过程协调优化；最后,建立了专家规则修正集,从而能够根据性能评估结果,动态地修正多目标优化过程,实现炼焦生产过程优化运行闭环控制。炼焦生产过程优化运行闭环控制系统在实验室炼焦生产过程优化控制仿真实验平台运行,结果表明,本文提出的闭环控制系统结构、协调优化方法以及专家规则修正策略能够取得较好的优化控制效果,提高了焦炭产量与质量,降低了炼焦能耗。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-14
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-12
  1.3 研究目标与研究内容  12-13
  1.4 论文构成  13-14
第二章 基于性能评估的闭环控制系统结构  14-20
  2.1 炼焦工艺特性分析  14-16
  2.2 控制问题与难点  16
  2.3 控制结构设计  16-18
  2.4 小结  18-20
第三章 闭环控制系统形式化描述  20-37
  3.1 基于线性逻辑的性能评估系统形式化  20-24
  3.2 协调优化级的形式化  24-28
    3.2.1 多目标优化的混合形式化描述  24-27
    3.2.2 基于产生式规则的专家修正形式化  27-28
  3.3 区域过程控制级的形式化  28-36
    3.3.1 基于元组的形式化描述  28-29
    3.3.2 配煤过程优化控制系统  29-31
    3.3.3 推焦作业优化调度系统  31-34
    3.3.4 加热燃烧过程优化控制系统  34-36
  3.4 小结  36-37
第四章 多目标优化与专家修正  37-58
  4.1 多目标优化模型设计  37-44
    4.1.1 优化问题描述与分析  37-39
    4.1.2 多目标优化模型  39-44
  4.2 改进的多目标差分进化算法  44-51
    4.2.1 基本差分进化算法  44-45
    4.2.2 进化控制参数的自适应设置  45-47
    4.2.3 改进差分进化算子设计  47-49
    4.2.4 基于精英存档的Pareto最优解集获取策略  49-50
    4.2.5 算法实现步骤  50-51
  4.3 多目标优化过程的专家修正方法  51-57
    4.3.1 基于性能评估的专家规则修正集  51-53
    4.3.2 基于改进组合统计检验的稳态样本选择  53-55
    4.3.3 预测模型的滤波输出补偿  55-56
    4.3.4 基于随机学习的神经网络参数修正  56-57
  4.4 小结  57-58
第五章 闭环控制系统仿真及分析  58-66
  5.1 配置仿真实验平台  58-59
  5.2 仿真实现流程  59-62
  5.3 运行结果及分析  62-65
  5.4 小结  65-66
第六章 结论与展望  66-68
  6.1 结论  66-67
  6.2 展望  67-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
攻读学位期间主要的研究成果  74

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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