基于改进脉冲燃烧的焦炉烘炉温度控制系统研究

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在温度控制系统中,调节阀是最常见的执行器,其性能直接影响控制回路的控制效果。调节阀的迟滞特性是调节阀最常见且最难克服的问题之一,可能会引起控制回路的振荡,它的存在严重影响了控制系统的性能。迟滞的控制对提高控制回路的精度和稳定性具有重要的意义。本文以正压烘炉优化控制软件设计(以下简称为正压烘炉)项目为背景,以焦炉烘炉过程的温度为被控对象,对基于改进脉冲燃烧的温度控制系统进行研究。在了解焦炉结构和烘炉工艺的基础上,根据热量守恒定律并采用机理建模的方法,分别对炭化室和燃烧室建立数学模型,联立二者求得烘炉过程燃烧室温度与燃气流量间的数学模型,温度控制系统中的被控量即为燃烧室的温度。调节阀是温度控制系统中的执行器,针对其迟滞特性,结合脉冲燃烧控制的思想,提出一种迟滞控制方法,即改进脉冲燃烧控制方法。当调节阀开度需要在小范围内变化时,由于迟滞特性调节阀可能不会动作,这时给调节阀施加一个脉冲信号使之动作,使得某一时间段内的流量近似等于理想开度下的流量,来弥补调节阀迟滞特性给控制系统带来的不足,从而改善控制效果。由于烘炉升温过程具有时变的特点,常规的PID控制方法无法达到预期的控制效果,为了更好的兼顾快速性、稳定性和准确性的控制品质,引入仿人智能控制算法。设计基于改进脉冲燃烧的温度控制系统,并在MATLAB上进行仿真实验,验证了方法的可行性和有效性。最终将研究成果应用于山西鹏飞焦化厂2#焦炉的烘炉过程中,控制系统运行稳定并且升温过程中温度控制满足项目要求,达到了预期的效果。
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