[发明专利]一种水泥回转窑煅烧预测控制系统及方法

权利要求书

1.一种基于BP-ARX时滞模型的水泥回转窑煅烧的预测控制方法，其特征在于该预测控制方法包括以下步骤：

步骤一：确定煅烧过程的主要输入输出量并获得分类辨识数据，影响煅烧过程的主要输入量窑头喷煤量和高温风机挡板开度，输出量窑内NO_x含量和氧气含量，采集相应变量的现场运行数据存放于数据存储装置，并将其分类为稳态数据和动态数据；

步骤二：建立预测模型，利用BP神经网络对分类出的稳态数据进行辨得到水泥回转窑煅烧过程的非线性BP稳态模型，利用最小二乘法对分类出的动态数据进行辨识得到煅烧过程的线性时滞ARX动态模型，并通过将稳态模型和动态模型进行有机并联组合，得到水泥回转窑煅烧过程的MIMO时滞系统BP-ARX预测模型；

步骤三：预测未来输出状态，在当前时刻k，利用水泥回转窑煅烧过程的历史和未来数据的输入输出信息，通过基于BP-ARX模型的预测控制模型，并将其进行迭代对水泥回转窑煅烧过程未来一段时间的输出状态窑内NO_x含量y_1n(k+j)、氧气含量y_2n(k+j)进行预测；

步骤四：误差反馈校正，将从步骤三中得到的回转窑煅烧过程未来的输出状态y_in(k+j)和k时刻的输出误差e_i(k)相加，得到基于k时刻回转窑煅烧过程未来的闭环预测输出窑内NO_x含量y_1c(k+j)、氧气含量y_2c(k+j)；

步骤五：设定输出量参考轨迹，为使煅烧过程未来输出量能够沿着预先设定轨迹平稳地达到设定值，引入参考输出轨迹窑内NO_x含量y_1r(k+j)、氧气含量y_2r(k+j)；

步骤六：滚动优化求解，将得到的预测闭环输出y_ic(k+j)与设定的参考轨迹y_ir(k+j)进行比较，构建带约束的二次型目标函数，并通过序列二次规划法对其进行滚动优化求解，计算出当前时刻应加于水泥回转窑的喷煤量u₁(k)、高温风机挡板开度u₂(k)；

步骤七：根据步骤六计算出的当前时刻输入量控制现场智能执行器，实现现场水泥回转窑煅烧过程的自动控制。

2.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑煅烧预测控制方法，其特征在于步骤一所述的影响水泥回转窑煅烧过程的主要变量，是采用窑内NO_x含量间接反映窑内烧成带温带，用窑内氧气含量反映窑内煤的燃烧状况。

3.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑煅烧预测控制方法，其特征在于步骤二所述的水泥回转窑煅烧过程的MIMO时滞系统预测模型是稳态模型和含有时滞的动态模型并联而成，非线性稳态模型是通过模糊神经网络根据回转窑煅烧过程的稳态数据辨识获得，线性时滞动态模型是通过最小二乘法对煅烧过程的动态数据辨识获得。

4.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑煅烧预测控制方法，其特征在于步骤三所述的预测模型迭代求解水泥回转窑煅烧过程未来一段时间内的输出预测值，采用矩阵分离变换的方法来完成对MIMO时滞系统未来预测输出量状态y_in(k+j)的求解。

5.根据权利要求1所述的一种水泥回转窑煅烧预测控制方法，其特征在于步骤六所述预测控制器在滚动时域下采用序列二次规划法对带有约束的二次型目标函数进行求解，保证求出的煅烧过程预测输入解是在约束条件下的全局最优解。

6.一种实现权利要求1所述的一种基于BP-ARX时滞模型的水泥回转窑煅烧过程预测控制方法的控制系统，其特征在于：所述的控制系统包括现场智能仪表、智能执行器、数据存储装置及上位机；智能仪表用于采集水泥回转窑煅烧过程的输出量，即窑内NO_x含量和氧气含量并将其传送到数据存储装置；所述的数据存储装置为DCS系统的数据存储装置，所述的DCS系统包括数据接口、控制站和数据存储装置；上位机用于运行回转窑煅烧过程预测控制算法，根据水泥回转窑煅烧过程的输出量计算出当前时刻应加入回转窑内煤和风的控制量，并通过对智能执行器的调节来实现现场回转窑煅烧过程的自动控制。

7.如权利要求6所述的基于BP-ARX时滞模型的水泥回转窑煅烧过程预测控制系统，其特征在于：智能仪表和智能执行器直接与现场相连，智能仪表和智能执行器又通过现场总线与DCS系统、上位机依次相连。