Автоматизація керування тепловим станом доменної печі за циклами накопичення-випуску чавуну

Abstract

В роботі подане наукове обгрунтування і нове вирішення задачі, що полягає в побудові системи автоматизованого керування тепловим станом доменної печі підвищеної якості в умовах зміни його динамічних параметрів шляхом синтезу і реалізації адаптивного керування на основі ідентифікації теплового стану та його прогнозування за циклами накопичення-випуску чавуну. На основі отриманих результатів обраний критерій керування теплового стану доменної печі, що дозволяє шляхом стабілізації тренда рівня розплаву забезпечити стабілізацію вмісту кремнію та сірки в чавуні.Розроблена адаптивна система керування з інтелектуальним прогнозуванням стану об’єкта з використанням локальних підсистем із самоналагоджувальним і ПІД регуляторами. Розроблено комплекс алгоритмів адаптивного керування, який містить алгоритми поточного оцінювання та прогнозування стану керованого процесу, їх ідентифікації та адаптивного керування, що дозволяє реалізувати системи, інваріантні до зміни режимів роботи, й, таким чином, підвищити якість керування тепловим станом доменної печі.

В работе представлено научное обоснование и новое решение задачи, заключающейся в построении системы автоматизированного управления тепловым состоянием доменной печи повышенного качества в условиях изменения его динамических параметров путем синтеза и реализации адаптивного управления на основе идентификации теплового состояния и его прогнозирования по циклам накопления-выпуска чугуна. Впервые обосновано, что повышение качества управления тепловым состоянием достигается путем создания беспоисковых систем непрямого адаптивного управления с идентификацией объекта управления посредством обучения нейронных прогнозирующих моделей, что обеспечивает реализацию оптимального по точности воспроизведения задающих воздейст-вий. Установлено, что нелинейные нейронечеткие аппроксимации содержа-ния кремния и серы по средним значениям уровня расплава за плавку тесно связаны с фактическими содержаниями кремния и серы в чугуне на выпуске. Это позволяет выполнять стабилизацию тренда уровня расплава, что обеспечивает стабилизацию содержания кремния и серы в чугуне на выпуске. Обосновано применение адаптивных фильтров-аппроксиматоров, использующих нейронные сети, нечеткую логику и вейвлет преобразования сигналов для идентификации и прогнозирования теплового состояния доменной печи, что обеспечивает получение в реальном масштабе времени прогнозирующих моделей повышенной точности. Разработана методика идентификации теплового состояния по времен-ным реализациям, включающая определение состояния нелинейного объекта управления и реконструкцию его модели, которая обеспечивает получение моделей повышенной точности с использованием адаптивных фильтров-аппроксиматоров со снижением вычислительных затрат путем определения порядка порождающей системы. Обоснована методика выбора интервала управления тепловым состоянием доменной печи, учитывающая динамические параметры каналов управления и спектральные свойства сигналов объекта управления. Это позволило на основе методов нелинейной динамики идентифицировать показатели тренда уровня расплава, характеризующего тепловое состояние доменной печи. Разработаны линейный цифровой и вейвлет фильтры нижних частот, позволяющие оценить тренд уровня расплава доменной печи, характеризую-щий ее тепловое состояние. Установлено, что линейный цифровой фильтр нижних частот имеет значительный фазовый сдвиг (задержку) оценки тренда, что не соответствует технологическим требованиям. При этом вейвлет фильтр нижних частот не имеет фазового сдвига, обладает лучшими сглаживающими свойствами и требует меньше вычислений. Впервые разработана адаптивная САУ с интеллектуальным прогнозированием, использующая локальные адаптивные системы с самонастраивающимся и ПИД регуляторами, которые обеспечивают повышение качества управления тепловым состоянием доменной печи. Использование адаптивной САУ позволяет снизить среднеквадратическую ошибку управления в 1,59 раз, а затраты на синтез управления не вносят временных ограничений на применение этой системы в контуре управления тепловым состоянием. Разработанные методика, алгоритмы и программы использованы при выполнении госбюджетной научно-исследовательской работы, внедрены в комплекс программных средств проектирования, внедрены в промышленность и в учебный процесс.

The work presents the scientific argumentation and new solution of task consisting in the construction of the automated control system of the thermal state of high furnace of higher quality in the conditions of change of its dynamic parameters by means of synthesis and realization of adaptive control on the basis of identification of the thermal state and its prediction by the accumulation-issue cycles of cast-iron. On the basis of received results it was chosen the criterion of the thermal state control of high furnace, which allows by stabilizing of trend of fusion level to provide stabilizing of silicon and sulphur content in cast-iron. The adaptive control system is developed with the intellectual prediction of the state of object using the local subsystems with self-tuning and PID regulators. The complex of algorithms of adaptive control, which contains the algorithms of current evaluation and prediction of the guided process, their identification and adaptive control state is developed, that allows to realize the systems, invariant to the change of the work modes, and, thus, increase the control quality of high furnace thermal state.