【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于自動控制領域，具體地說，本專利技術涉及基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制方法。
技術介紹
1、在現有的水泥生產控制技術中，通常采用基于經驗的控制策略，如pid控制，這些方法雖然簡單易行，但往往難以適應生產過程中的復雜變化和不確定性。近年來，隨著計算機技術的發展，模型預測控制(mpc)技術因其能夠處理多變量、非線性和約束條件等復雜問題而受到廣泛關注。
2、mpc是一種先進的控制策略，它通過建立過程的數學模型，預測未來一段時間內的過程行為，并基于這些預測來計算控制輸入。mpc能夠考慮未來的約束條件，如設備限制、安全閾值等，從而實現更優的控制效果。
3、盡管模型預測控制(mpc)算法在水泥生產中取得了一定的應用，但現有技術仍存在一些局限性。主要體現在以下方面：
4、1.對模型準確性依賴性強：mpc的效果很大程度上依賴于系統模型的準確性。如果模型無法準確反映實際系統的動態特性，控制效果會大打折扣。
5、2.在傳統的模型預測控制算法中，可測擾動在所有預測步長內都是沿用初始傳入的值，但是在實際系統中，可測擾動可能是會發生變化的，這就導致預測的模型狀態與真實的模型可能存在較大的偏差，從而降低控制器的控制效果。
技術實現思路
1、本專利技術旨在克服現有技術的不足，提出了基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統及方法，以達到以下目的：通過引入基于多變量時序數據預測的擾動補償機制，能夠動態預測和補償可測擾動，從而提高預測精度、增強控制
2、為了實現上述目的，本專利技術采取的技術方案為：
3、基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，所述控制系統包括控制目標設定模塊、mpc控制器、擾動預測模塊、水泥生產系統、反饋模塊，其中，所述控制目標設定模塊用于設定所述水泥生產系統的理想控制目標；所述擾動預測模塊用于進行可測擾動的預測并輸出至所述mpc控制器；所述mpc控制器用于根據所述理想控制目標、可測擾動以及所述反饋模塊的反饋值生成控制量輸出至所述水泥生產系統；所述水泥生產系統用于將所述控制量輸入作用于對應的被控量；所述反饋模塊用于測量水泥生產系統的被控量變化并反饋至所述mpc控制器。
4、進一步，所述擾動預測模塊通過建立時序數據預測模型進行可測擾動的預測，其步驟包括：
5、s11、收集水泥生產系統的歷史數據；
6、s12、利用統計分析方法建立時序數據預測模型。
7、進一步，所述歷史數據包括水泥產線參數和可測擾動。所述水泥產線參數包括產線的溫度、壓力、流量；所述可測擾動包括水泥原材料變化、水泥產線環境變化。
8、進一步，所述時序數據預測模型通過公式表示如下：
9、[dvpred(t+1∣t),dvpred(t+2∣t),…,dvpred(t+np∣t)
10、＝f(x(t),x(t-1),…,x(t-n))
11、其中，np表示預測步長；dvpred(t+i∣t)表示預測步長內t+i時刻預測的可測擾動值，i取值為1至np；n表示參考步長；x(t-j)表示參考步長內t-j時刻選取的水泥產線參數值；j取值為0至n；f表示預測的可測擾動值和選取的水泥產線參數值之間基于時間序列的預測關系式。
12、進一步，所述mpc控制器用于預測所述擾動預測模塊輸出的可測擾動對水泥生產系統被控量的影響，通過公式表示如下：
13、[yd(t+1|t),yd(t+2|t),...,yd(t+np|t)]
14、＝fd(dvpred(t+1|t),dvpred(t+2|t),...,dvpred(t+np|t)
15、其中，yd(t+i|t)表示t+i時刻預測的可測擾動對被控量的影響，fd表示可測擾動與被控量之間的關系模型。
16、進一步，所述mpc控制器還用于計算整個水泥生產控制系統的損失函數，所述損失函數通過公式表達如下：
17、
18、其中y(t+i|t)表示t+i時刻mpc控制器控制量的預測輸出；δu(t+j)表示需要求解的t+j時刻的控制量；yref表示mpc控制器控制量的期望輸出；nc表示控制步長。
19、進一步，所述mpc控制器還用于以所述損失函數的值最小作為約束求解出最優的控制量序列，并將其中第一個時刻的解作用于所述水泥生產系統。
20、同時，本申請還提出了一種基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制方法，所述方法應用于上述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，所述方法包括以下步驟：
21、s1、建立時序數據預測模型進行可測擾動的預測；
22、s2、預測所述可測擾動對水泥生產系統被控量的影響；
23、s3、計算整個控制系統的損失函數；
24、s4、根據所述損失函數求解最優的水泥生產系統控制量序列。
25、本專利技術的技術效果為：
26、1.提高預測精度：通過利用多變量時序數據預測模型，本專利技術能夠動態預測未來控制步長內的可測擾動，而不是依賴于初始傳入的靜態值。這種動態預測方法能夠更準確地反映實際系統中擾動的變化，從而提高模型預測的精度。
27、2.增強控制適應性：由于本專利技術能夠預測擾動的變化，因此可以實時調整控制策略以適應這些變化。這種適應性使得控制系統能夠更靈活地應對生產過程中的不確定性和擾動，提高了系統的魯棒性。
28、3.減少控制誤差：通過預測擾動對被控量的影響，并據此修正控制量，本專利技術能夠減少由于擾動引起的控制誤差。這種修正機制有助于縮小預測模型狀態與真實模型狀態之間的偏差，從而提高控制精度。
29、4.優化控制效果：本專利技術通過預測擾動并進行補償，能夠更有效地實現對被控量的精確控制。這不僅可以提高生產效率，還可以降低能耗和減少環境污染，從而實現更優的控制效果。
30、5.提高系統穩定性：通過動態預測和實時補償擾動，本專利技術有助于減少系統因擾動引起的波動，從而提高系統的穩定性。這對于水泥產線等連續生產過程尤為重要，因為穩定性直接關系到生產的連續性和產品質量。
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1.基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述控制系統包括控制目標設定模塊、MPC控制器、擾動預測模塊、水泥生產系統、反饋模塊，其中，所述控制目標設定模塊用于設定所述水泥生產系統的理想控制目標；所述擾動預測模塊用于進行可測擾動的預測并輸出至所述MPC控制器；所述MPC控制器用于根據所述理想控制目標、可測擾動以及所述反饋模塊的反饋值生成控制量輸出至所述水泥生產系統；所述水泥生產系統用于將所述控制量輸入作用于對應的被控量；所述反饋模塊用于測量水泥生產系統的被控量變化并反饋至所述MPC控制器。
2.根據權利要求1所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述擾動預測模塊通過建立時序數據預測模型進行可測擾動的預測，其步驟包括：
3.根據權利要求2所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述歷史數據包括水泥產線參數和可測擾動。
4.根據權利要求3所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述水泥產線參數包括產線的溫度、壓力、流量；所述可測擾動包括水泥原材料變化、水泥產線環境變
5.根據權利要求3或4所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述時序數據預測模型通過公式表示如下：
6.根據權利要求5所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述MPC控制器用于預測所述擾動預測模塊輸出的可測擾動對水泥生產系統被控量的影響，通過公式表示如下：
7.根據權利要求6所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述MPC控制器還用于計算整個水泥生產控制系統的損失函數，所述損失函數通過公式表達如下：
8.根據權利要求7所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述MPC控制器還用于以所述損失函數的值最小作為約束求解出最優的控制量序列，并將其中第一個時刻的解作用于所述水泥生產系統。
9.基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制方法，其特征在于：所述方法應用于根據權利要求1-8任一項所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，所述方法包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述控制系統包括控制目標設定模塊、mpc控制器、擾動預測模塊、水泥生產系統、反饋模塊，其中，所述控制目標設定模塊用于設定所述水泥生產系統的理想控制目標；所述擾動預測模塊用于進行可測擾動的預測并輸出至所述mpc控制器；所述mpc控制器用于根據所述理想控制目標、可測擾動以及所述反饋模塊的反饋值生成控制量輸出至所述水泥生產系統；所述水泥生產系統用于將所述控制量輸入作用于對應的被控量；所述反饋模塊用于測量水泥生產系統的被控量變化并反饋至所述mpc控制器。
2.根據權利要求1所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述擾動預測模塊通過建立時序數據預測模型進行可測擾動的預測，其步驟包括：
3.根據權利要求2所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述歷史數據包括水泥產線參數和可測擾動。
4.根據權利要求3所述的基于時序數據預測擾動補償的水泥生產控制系統，其特征在于：所述水泥產線參數包括產線的溫度、壓力、流量；所述可測...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王超華，王松華，梁偉，胡光耀，白鑫輝，何濤，
申請(專利權)人：安徽海螺信息技術工程有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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