Smith预估补偿控制策略

1、Smith预估补偿控制策略在转炉预估补偿控制策略在转炉煤气回收系统中的应用煤气回收系统中的应用组员组员: : 蔺潇蔺潇刘杭刘杭 赵全红赵全红齐宝喆齐宝喆 张谦张谦史绍杨史绍杨目录目录2-12 / 12Smith预估补偿控制策略在转炉煤气回收预估补偿控制策略在转炉煤气回收系统中的应用系统中的应用工业背景工业原理 控制方案设计 控制算法研究 工业背景工业背景在转炉炼钢生产过程中，炉口会产生大量的高温烟气，其主要成分为CO，如果不进行回收处理和控制排放，不仅污染大气环境，还会造成能源浪费 。工艺分析表明 ：转炉煤气回收与烟气减排的效果关键存于炉口的压差控制。目前，工业生产中普遍采用的仍然是传统的PI

2、D控制方法。但由于PID调节器增益参数是固定的，故对于诸如转炉煤气回收这样的非线性、纯滞后复杂系统，采用它来设计位置伺服控制器，经常会存在快速性和超调量之间的矛盾，因而使得控制系统在整个运行过程中很难达到满意的动态控制效果 。为了克服超调量和快速性之间的矛盾，近年来人们提出各种非线性PID控制策略，以提高系统的动态控制性能 。本文在非线性PID控制算法的基础上，采用Smith预估器进行纯滞后补偿的方案，并在对炉口压差控制系统模型进行数值仿真的基础上，应用于梅山炼钢厂150 t转炉煤气回收系统中，有效地提高了差压调节过程的动态性能指标，达到了较好的生产效果。 工业原理工业原理目前转炉煤气回收系统

3、主要采用的是文氏管湿法除尘回收技术(OG)，基本工艺流程如图1所示，主要有转炉活动烟罩、汽化烟道、一文脱水、二文喉口调节、回收汽柜、放散塔几个部分组成，分别具有输送烟气、降温除尘、流量调节、煤气收集、放散排空的功能 。罩在炉口上的活动炯罩与炉口问的缝隙处，存在着烟罩内、外气体之间的压差。压差负值较大，将导致炉外空气被吸入烟罩，促使CO燃烧，使煤气回收量和热值降低，反之，压差正值较大，将造成炉口烟气外溢，同样使煤气回收量和热值减少，并污染大气环境。由于在转炉钢水冶炼过程中，炉内烟气的生成量在不断变化，炉口压差也随之改变，因此，通过压差的测量来实时调节二文喉口的开度，控制烟气输出流量，使风机的抽风

4、量与烟气的生成量保持一致，即可使炉口压差趋近于零，就可避争烟气外溢或向罩内吸入空气，从而达到较好的烟气减排及煤气回收效果。 工艺原理工艺原理控制方案设计控制方案设计6 / 12根据上述工艺要求，可设计图2所示的炉口差压控制原理框图。通过安置在活动烟罩顶部的取压管，从炉口取出压差信号后，经差压变送器转换，再根据压差设定值，由Smith预估补偿控制器进行调节量输出计算，然后通过电动执行机构驱动二文喉口的流量调节阀(RD阀)。由于工业现场环境十分恶劣，作用于RD阀的各种干扰会导致其定位不准确，如：由外部设备引起的机械振动以及被控流体和内部润滑介质流动造成的振动都会导致执行器产生振荡；此外由于脏物或油

5、污使传动机构卡涩，引起执行器的机械连接阀体等传动机构之间的磨损程度产生变化。为此，通常在执行机构与调节机构环节设置闭环控制，即采用安装在调节机构上的角位移传感器发出反馈信号与调节信号相比较，直至电动执行机构的伺服放大器的输出为零，RD阀转动停止，从而实现RD阀的准确定位。由于冶炼过程中，需要对转炉实施加料、降罩等工艺操作，这将导致炉内化学反应加剧，烟气生成量骤然变化，使得炉内烟气压力波动较大。为保持炉口压差为设定值，必须使喉口开度的控制速度能跟上烟气压力变化的速度，并满足无级调节要求，才能达到炉口压差的自动控制的目的。控制方案设计控制方案设计7 / 12第一部分第一部分控制算法研究控制算法研究

6、控制算法研究控制算法研究 从传递函数可看出，炉口压差控制系统是二阶纯滞后系统设定值为单位阶跃信号，分别采用PID、Smith预估补偿后的PID控制器进行仿真.从仿真曲线可以看出，PID控制产生超调量而Smith预估补偿后的控制没有产生超调量，PID的上升时间分别为：5.8 s；而Smith补偿后的PID控制的上升时间为：15 S。1-1PID控制器控制器1-1PID控制器控制器1-2Smith预估补偿的控制器预估补偿的控制器1-2Smith预估补偿的控制器预估补偿的控制器两种方法的比较两种方法的比较经典PID控制算法在对锅炉内胆温度控制系统有很好的调节品质，仿真结果没有超调，并且鲁棒性（PID控制器的稳固性和抗攻击性）好，系统稳定。 但是在工业生产过程中，物料、能量的传输所带来的时间延迟问题是传统PID控制器所不能很好解决的控制问题。常规的PID控制系统对于延迟大、非线性强、控制信号反应慢的复杂热加工过程往往不能获得令人满意的控制效果。加热炉的炉温控制问题是一个典型的时间滞后问题。史密斯预估控制技术在该系统应用，起到及时检测系统中可能引起被控