《一种基于预测函数控制算法的管式加热炉温度控制策略研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于预测函数控制算法的管式加热炉温度控制策略研究.doc（3页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、一种基于预测函数控制算法的管式加热炉温度控制策略研究管式加热炉作为一种加热能源设备，在石油化工、冶金机械、电子材料等工业生产领域中得到了广泛应用。目前，我国管式加热炉的使用量大、运行时间长，但热效率普遍偏低，仅为西方发达国家的70%80%.因此，应提高管式加热炉的热效率，这样不仅能提升企业的经济效益，还能在节能降耗、减少环境污染方面起着重要的作用。管式加热炉具有大滞后、强耦合和强时变性等特点，使用传统的PID控制难以获得满意的控制效果。预测函数控制算法可基于当前和以往时间段控制器的状态参数，结合算法的预测模型，并利用滚动优化函数确定当前控制器的最优输出控制量参数。本文提出了一种基于预测函数控制
2、算法来控制管式加热炉出口温度，并通过Matlab仿真验证了该算法的有效性。 1 管式加热炉控制工艺简介 管式加热炉是将炉内加热管柱中流动的被加热介质（气体或液体）加热到生产工艺所要求的温度，以满足其生产过程的需求。被加热物料出口的温度是加热炉操作中极其重要的控制参数之一，需要稳定在生产工艺所要求的范围内，其直接影响着后续生产工艺和产品的产量、质量，对加热炉的长期、安全、稳定运行有较大的影响。 2 控制算法设计 2.1 预测函数控制算法 预测函数控制（Predictive Functional Control，以下简称为PFC）建立在原有模型预测控制的基础上，保留了其控制系统优点，创造性地引入了
3、基函数概念，提升了控制结构的规律性，减少了运算量，是针对快速反应系统控制需求而逐渐发展的一种新颖的预测算法。预测函数控制算法由3部分组成，即预测模型、反馈校正和滚动优化。基于当前和以前时间段控制器的状态参数，结合算法的预测模型，利用滚动优化函数可确定当前控制器的最优输出控制量参数大小。 2.2 加热炉出口温度控制系统的PFC算法 式（4）中：yp（k+hp）为k+hp时刻的过程预测输出；ym（k+hp）为模型输出值；e（k+hp）为未来误差；hp为拟合点值。 3 管式加热炉温度控制系统仿真研究 本文将PFC前馈控制算法用于加热炉出口温度的控制之中，采用M语言编写了仿真程序，并在MATLAB R
4、2010a软件上进行了跟踪单位阶跃设定值的仿真研究实验。在PFC前馈控制系统中，PFC算法仿真参数设置如下：选用阶跃基函数，预测模型选为km=1和Tm=300，Td=120 s，采样周期设置为20 s，上升时间设置为150 s，预测时域长度设置为8.在PID控制系统中，控制器比例Kp=0.15，积分时间Ti=28 s，微分时间Td=0 s，仿真效果如图1所示。由图1可知，针对加热炉出口温度控制，采用PFC控制系统能快速跟踪阶跃设定值，且无超调量，实际输出平缓、无偏差，相比于传统PID控制优越性明显。 4 结束语 本文以管式加热炉控制系统为研究对象，将一种预测函数控制方法应用于管式加热炉出口的温度控制。仿真结果表明，预测函数控制算法能快速跟踪阶跃设定值，且无超调量，实际输出平缓、无偏差。因此，该方法具有较高的工程应用价值。