焙烧烟气负压的多变量解耦控制*李晓斌孙海燕吴燕翔(上海海洋大学工程学院,上海201306)摘要:阳极焙烧烟气负压是一个多变量耦合的控制对象,为实现其精确控制,依据现场实际测得的负压数据,辨识出烟气负压的控制模型,以此模型为初始预测模型,提出了一种多变量预测函数解耦控制算法,对焙烧9个烟道烟气负压进行多变量预测函数解耦控制仿真和实际应用,并与原有PID控制进行了试验比较,表明这种控制方法的控制精度和鲁棒性优于原有的PID控制方法,具有很好的控制效果。关键词:阳极焙烧;烟气负压;多变量建模;预测函数解耦控制:TP273文献标识码:A国家标准学科分类代码:510.80MultivariabledecouplingcontroloffluegasnegativepressureforanodebakingLiXiaobinSunHaiyanWuYanxiang(CollegeofEngineeringScienceandTechnology,ShanghaiOceanUniversity,Shanghai201306,China)Abstract:Anodebakingfluegasnegativepressureisacross-couplingmultivariablecontrolsystem.Torealizethecontrolac-curately,thecontrolmodelsoffluegasnegativepressureareidentifiedbasedonthedategatheredfromtheanodebakingfur-nacescene.Thenthemodelisusedfortheinitialpredictivemodels,anewpredictivefunctiondecouplingcontrolalgorithmforthe-multivariablesystemsisproposed.Themultivariablepredictivefunctiondecouplingcontrolforthebakingninefluegasnegative-pressureissimulatedandappliedinpractice.Theresultsofsimulationandpracticalcontrolshowthatthecontrolprecisionandro-bustpropertiesofproposedcontrolsystemisbetterthanthatoftraditionalPIDcontrolsystem,thereforetheproposedcontrolsys-temhasgoodcontroleffect.Keywords:Anodebaking;fluegasnegativepressure;multivariablemodeling;Predictivefunctiondecouplingcontrol1引言铝电解阳极焙烧设备一般采用敞开式阳极焙烧炉,其过程是一个典型的非金属材料热处理过程。在阳极焙烧的生产过程中,影响阳极焙烧质量问题的主要因素是负压和温度等参数的控制,如果烟气负压控制偏差偏大,则出现升温速度不均,会导致阳极机械强度不足、电阻率不均等现象;如果达不到指定的负压条件,则会造成被烧温度的不稳定,致使阳极易出现断裂、爆块、氧化掉渣,使用周期短等不良现象,从而造成阳极质量的下降或不合格。因此,对焙烧烟气负压的精确控制至关重要。目前,在阳极焙烧过程负压和温度的建模与控制方面,通常是采用计算流体力学和传热学等知识建立焙烧过程的火道或热工数学模型,并进行数值模拟和结构优化[1-6],而这些模型用于烟气负压参数的实时控制时,由于存在求解高界微分方程的计算量大和病态等问题,致使阳极焙烧烟气负压参数的控制还不成熟,目前主要还是采用传统的PID控制策略[7-8],但很难达到精确的控制目标。这主要是由于烟气负压是一个具有惯性和诸多扰动的控制对象,且各相邻烟道的负压又相互作用和影响,所以,必须对阳极焙烧烟气负压进行多变量的解耦控制,才能实现阳极焙烧烟气负压的精确控制。为解决阳极焙烧烟气负压得精确控制,以阳极焙烧炉实际采集到的烟道负压和伺服阀门开度数据为基础,辨识出烟气负压与阀门开度之间的ARX模型参数,建立了系统的预测控制模型,提出了基于多变量预测函数解耦控制(multivariabledecouplingpredic-tivefunctionalcontrol,MD-PFC)的焙烧烟气负压控制方法。这一方法基于多变量模型的差分方程形式,利用PFC技术,将多变量系统的PFC分散为各个单回路系统的PFC,通过PFC中基函数的选择使得控制系统的输入规律更加明确,采取各个回路输出的分散优化思想解决系统模型之间的相互耦合。仿真和应用结果表明,该方法控制的焙烧烟气负压具有跟踪快、控制精度高等特点。2预测模型的建立系统辨识是在模型输入输出数据的基础上,对模型参数进行辨识,从而得到一个与所观测的系统在实际特性上等价的系统。这里采用极小化二次预测误差指标来获得烟气负压ARX模型参数的估计。阳极焙烧烟气负压属于多变量耦合系统,设备通常具有9个烟道。相应的控制是一个9组模型的控制系统,在实际系统中,只有相邻的烟道之间具有主要的耦合,所以在本文中只考虑主要...