[发明专利]废塑料裂解炉余热烘干装置压力控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种生活垃圾废塑料裂解炉余热烘干装置的压力控制，通过预测控制、有限时间域收敛的观测器和基于递归神经网络优化的方法，实现对余热烘干装置压力的优化控制，可用于废塑料裂解及相关行业烘干装置的压力控制。

背景技术

随着城市化的快速发展，产生了巨量的城市生活垃圾。如果不对生活垃圾中的可再生资源进行合理利用，将造成严重的环境污染和资源浪费。生活垃圾中的废塑料属于可再生资源，通过裂解制油不但可以减少对环境的污染，同时可以在一定程度上缓解资源短缺问题。生活垃圾废塑料进入反应釜进行裂解炼油之前，需经烘干装置进行烘干，保证废塑料能够达到理想的烘干程度，否则将影响裂解反应的效率和安全运行。

实际生活垃圾废塑料裂解炉烘干装置通常采用余热烘干的方式，其压力控制的效果直接影响烘干效果。现在的烘干装置压力控制基本上采用传统的开环控制方式，甚至是手动的操作手段，控制参数的调节完全依赖于技术人员的经验。这种简单、粗放式的控制方法，效果不理想，自动化程度不高，而且耗能高，不适合生活垃圾废塑料炼油装置的产业化、规模化和大力推广。基于模型预测控制方法，可实现废塑料裂解炉烘干装置压力参数的闭环控制。但是这些方法还存在值得改进的地方，例如，现有基于状态空间的预测控制方法，通常采用无限时间域内（k→∞）渐近收敛的观测器（如受白噪声干扰对象中使用的Kalman滤波器）进行系统状态估计，估计误差难以在有限时间域内（k为有限大小的正整数）收敛，因此估计精度和收敛速度有待提高。

发明内容

本发明的目的就是针对利用传统方式来控制生活垃圾废塑料裂解炉余热烘干装置压力的不足，提供一种余热烘干装置压力优化控制的新方法。

本发明方法采用预测控制方法进行生活垃圾废塑料裂解炉余热烘干装置的压力控制，通过设计有限时间域内收敛的观测器对系统状态向量进行估计用于压力输出值的预测，并通过基于递归神经网络的优化方法进行优化求解，从而提高余热烘干装置压力控制的精确性和快速性。

本发明的余热烘干装置压力优化控制方法的具体步骤是：

1. 建立系统的预测模型。首先，以生活垃圾废塑料裂解炉余热烘干装置的高温烟气阀阀门开度值、冷气阀阀门开度值、烘干机转速和废塑料进料量为输入控制量，以高精度数字式压力测量仪采集到的余热烘干装置的压力值为输出量，通过系统辨识方法，建立余热烘干装置压力控制系统的离散时间传递函数模型

其中为k时刻由高精度数字式压力测量仪采集所得的烘干气体压力值；为k时刻的控制输入变量，其中表示k时刻高温烟气阀阀门开度值，表示k时刻冷气阀阀门开度值，表示k时刻烘干机转速，表示k时刻废塑料进料量；和表示通过辨识得到的多项式矩阵，其形式为

，

其中、表示需要辨识的模型参数，I表示具有合适维数的单位矩阵，、表示采样个数。

然后，将前述离散时间传递函数模型通过状态空间实现，建立下述基于状态空间描述的烘干装置压力控制系统模型

其中为系统k时刻的状态向量，为k时刻控制输入的增量，系数矩阵A、B和C分别为

2. 预测输出值。由第1步建立的被控对象（余热烘干装置压力控制系统）的状态空间模型，通过迭代计算，可得输出值

其中为状态向量的估计值，y(k+j) 表示k+j时刻的输出值，j为不小于1的正整数。

令N和N_u分别表示预测时域和控制时域，则可将预测输出的状态空间模型表示为如下形式

其中

上式中为k+s时刻输出量的预测值，且。

由上式知，对输出量的预测依赖于系统状态向量的估计值，状态估计的准确性及收敛速度将直接影响输出值y的预测。

3．有限时间域状态估计。本发明通过设计有限时间域（即有限步k）收敛的状态观测器，以解决被控系统状态估计的精度和收敛快速性问题。

对于可观的矩阵对，设计两个观测器