水泥工业是国民经济建设的重要产业,水泥熟料烧成是水泥生产过程的重要环节,具有大惯性、非线性、大滞后、强耦合等特点,是水泥生产过程控制的重点和难点。目前,很多水泥企业的自动化整体水平还不高,对质量和能耗的控制仍然需要依靠操作人员结合DCS的监控和自身经验进行调控。本文研究考虑质量与能耗的水泥熟料生产过程优化模型,设计分解炉环节和回转窑环节的模型预测控制器,以实现分解炉炉温和回转窑窑尾温度的自动控制和生产优化。本文首先介绍了新型干法水泥生产工艺流程及其主要生产环节,并阐述了本课题的选题背景及意义,同时综述了课题的国内外研究现状。第二章分析了水泥熟料生产过程的操作变量和受控变量及其相互关联,研究了熟料的质量目标和能耗目标的控制和优化方法,并选定熟料质量指标(游离氧化钙含量)软测量模型的输入变量,确定以能耗最小化为目标、质量指标为约束的优化模型,最后介绍了考虑质量与能耗的控制与优化系统整体设计方案。第三章建立了考虑质量与能耗的水泥生产过程控制与优化模型。首先介绍了建模所用数据的采集方法,进行数据预处理,基于拟合误差最小的原则得到软测量模型输入量和输出量的最佳时间匹配。然后分别用最小二乘支持向量机和BP神经网络建立了熟料质量指标(游离氧化钙含量)的软测量模型。经过性能对比分析,最终选定最小二乘支持向量机的软测量模型。结合能耗最小化目标,最终得到了考虑质量与能耗的生产过程控制优化模型。第四章基于考虑质量与能耗的水泥熟料生产过程优化模型,应用模型预测控制算法,实现了分解炉生产过程的控制和优化。首先利用最小二乘法对分解炉过程进行了系统辨识,然后设计炉温的模型预测控制器实现了滚动优化和闭环控制,并进行炉温与分解炉喂煤量施加扰动情况下的控制过程仿真。最后结合第三章中建立的水泥生产过程控制优化模型,修正了模型预测控制算法,并通过调整能耗权重进行预测控制过程的仿真,以实现对能耗的优化。第五章设计了考虑质量与能耗的回转窑窑尾温度的模型预测控制器,实现了窑尾温度的自动控制与窑头喂煤量的优化。通过最小二乘法进行模型预测,然后对窑尾温度进行模型预测控制,仿真结果表明控制效果良好。在仿真过程中分别针对动态过程和稳态过程施加干扰信号,结果表明控制系统具有较强的抗干扰能力。进一步地,滚动优化过程中考虑质量与能耗目标,降低了窑头喂煤量。本文研究了考虑质量与能耗的水泥生产过程控制与优化方法,对分解炉炉温和回转窑窑尾温度的控制效果良好,改善了生产能耗,对水泥企业提高生产过程的控制与优化水平具有一定的参考价值。