[01674787]耗能设备智能运行反馈控制技术

中国菱镁矿、赤铁矿和铝土矿等矿产资源丰富，但品位低、成分波动大、矿物组成复杂，难以选别，因此采用中国独特的生产工艺、采用大量耗能设备(电熔镁炉、竖炉、回转窑和磨机等)进行加工处理。上述设备的运行动态特性具有综合复杂性一一强非线性、多变量强耦合、生产条件变化频繁、原料成分波动，机理不清、难以建立数学模型。因此，难以采用基于数学模型的开环运行优化技术(RTO)优化控制回路设定值，难以采用已有的工业控制技术(如MPC、PID等)使控制回路输出跟踪设定值，致使这类设备处于人工运行状态，导致能耗高、资源消耗大、产品质量低等问题。该项目在国家“973”、“863”、支撑计划和自然科学基金的支持下，结合上述耗能设备的特点，围绕运行反馈控制结构、设定值闭环动态优化、复杂回路控制和实现技术关键问题，发明了耗能设备的智能运行反馈控制技术及装置，并成功应用，取得显著节能降耗效果。授权国家发明专利15项，软件版权11项，发表SCI论文39篇，其中在国际控制技术顶级期刊《IEEE Trans．on CST》和IFAC会刊《Con- trol Engineering Practice》等发表论文28篇。主要技术发明点如下：提出了以节能降耗为控制目标的运行反馈控制、控制器驱动模型和虚拟未建模动态的新概念，发明了由设备控制层回路设定值闭环优化控制和跟踪设定值切换控制组成的以节能降耗为目标的运行反馈控制结构。设定值闭环优化控制的结构由控制回路设定值优化、能耗物耗运行指标预报、前馈和反馈补偿器、故障工况诊断和自愈控制组成；跟踪设定值切换控制结构由基于工作点附近低阶线性模型设计的控制器、基于虚拟未建模动态补偿和解耦补偿的非线性控制器、异常工况控制器和切换机制组成。采用设定值闭环优化控制结构，结合电熔镁炉、赤铁矿竖炉和磨机、氧化铝制粉磨机和氧化铝回转窑的特点，发明了数据驱动的电熔镁炉、竖炉、磨机和回转窑专用设定值智能闭环优化控制技术。采用跟踪设定值切换控制结构，结合上述耗能设备特点，发明了电熔镁炉、竖炉、磨机和回转窑专用跟踪设定值智能切换控制技术。针对电熔镁炉单独运行的特点，发明了一体化实现电熔镁炉运行优化与控制的专用嵌入式控制系统，应用于49台电熔镁炉；针对竖炉、磨机和回转窑运行于生产全流程的特点，研制了基于分布式计算机控制系统(DCS)的运行反馈控制软件平台和竖炉、磨机与回转窑专用智能运行反馈控制软件，应用于44台竖炉、39台磨机与1O条回转窑，取得显著的节能降耗效果。该项目部分成果2011年通过辽宁省科技厅组织的科技成果鉴定，评价为国际领先水平。获2007年IEEE控制系统协会首届国际控制研究杰出工业成就奖，2010年杨嘉墀科技奖一等奖。1篇论文入选第17届国际自动控制联合会(IFAC)世界大会应用论文奖的Finalist；1篇论文获第10届全球智能控制与自动化大会最佳应用论文奖。该项目曾获2012年教育部技术发明奖一等奖。