一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法与流程

本发明涉及工业控制，尤其是涉及一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法。

背景技术：

1、城市固体废物焚烧是现代垃圾处理的重要手段之一，通过高温燃烧可以有效减少垃圾体积，破坏有害成分并生成可处理的灰渣。然而，焚烧过程中产生的烟气含有大量污染物和有害气体，对环境和人体健康构成威胁。为了确保焚烧过程的高效和环保运行，烟气中的含氧量控制至关重要。

2、城市固废的成分复杂多变，不同类型的废物在焚烧过程中会表现出不同的燃烧特性，这使得建立一个准确的数学模型变得极为困难。传统的建模方法通常无法全面捕捉焚烧过程中所有影响因素的动态变化，导致模型在实际应用中表现出较大的偏差。其次，焚烧过程本身具有强烈的非线性特征，温度、压力、空气流量等参数在燃烧过程中不断变化，这些因素相互影响，进一步增加了建模的复杂性。此外，设备老化和外界环境的变化也会对焚烧过程产生显著影响，使得模型参数难以固定和预测。

3、此外，目前常用的烟气含氧量控制方法多采用传统pid控制策略或基于经验的调节方法，这些方法在处理非线性和时变特性的复杂焚烧过程时，常常表现出控制精度不足和响应速度慢的问题。此外，焚烧过程中的各种干扰因素，如燃料成分变化、设备老化和外界环境变化等，也对烟气含氧量的稳定控制带来了挑战。

4、因此，需要一种更为先进的建模方法和智能控制方法，能够在复杂的焚烧过程中实时调节烟气含氧量，提升系统的稳定性和控制精度。基于此背景，本发明提出了一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，通过结合模型预测控制技术、pid控制技术以及事件触发技术，实现对烟气含氧量的精确预测和控制。

技术实现思路

1、本发明提供一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，用于解决上述技术问题。首先，根据随机配置网络建立城市固废焚烧过程烟气含氧量的预测模型；其次，通过自适应更新策略在线调节所述预测模型的参数；然后，根据所述预测模型，设计基于pid的模型预测控制器；最后，根据所述基于pid的模型预测控制器，引入事件触发策略，得到基于pid的事件触发模型预测控制器。

2、一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

3、s1、根据随机配置网络建立城市固废焚烧过程烟气含氧量的预测模型；

4、s2、通过自适应更新策略在线调节所述预测模型的参数；

5、s3、根据所述预测模型，设计基于pid的模型预测控制器；

6、s4、根据所述基于pid的模型预测控制器，引入事件触发策略，得到基于pid的事件触发模型预测控制器。

7、进一步的，根据所述随机配置网络建立城市固废焚烧过程烟气含氧量的预测模型，所述预测模型表示为：

8、yp＝f(u,y)；

9、其中，u为所述随机配置网络的输入序列，y为实际输出值，yp为所述随机配置网络的输出值，f(u,y)为所述预测模型函数，当所述随机配置网络有l-1个节点时，f(u,y)表示为：

10、

11、其中，l-1为节点个数，βj为隐含层第j个节点的输出权值，gj(*)为隐含层第j个节点的激活函数，ωj为隐含层第j个节点的输入权值，bj为隐含层第j个节点的偏置。

12、进一步的，定义所述预测模型的残差为：

13、el-1＝y-yp；

14、当||el-1||>emax，则按下式增加新节点：

15、

16、

17、其中，emax为最大允许残差，hl为中间变量，r为所述随机配置网络参数，且0<r<1，μl为非负实数序列，且满足μl<1-r，gl(*)为隐含层第l个节点的激活函数，ωl为隐含层第l个节点的输入权值，bl为隐含层第l个节点的偏置，n表示输入序列中的元素个数，u1为输入序列的第一个值，u2为输入序列的第二个值，un为输入序列的第n个值；

18、所述随机配置网络将ξl最大值对应的候选节点作为最优节点添加到隐含层中，并重新计算隐含层输出权值，所述隐含层输出权值计算公式为：

19、

20、其中，β1为隐含层第一个节点的输出权值，β2为隐含层第二个节点的输出权值，βl为隐含层第l个节点的输出权值。

21、进一步的，通过自适应更新策略在线调节所述预测模型的参数，所述预测模型的参数的自适应更新的代价函数定义如下：

22、

23、δθ(tk)＝θ(tk)-θ(tk-1)；

24、其中，tk为当前采样时间，l(tk)为代价函数，yp(tk)为tk时刻所述预测模型的输出值，y(tk)为tk时刻的实际值，γ为权系数，i为中间变量，nθ为所述预测模型的参数个数，δθ(tk)为中间变量，x(tk)为tk时刻所述随机配置网络的输入值，θ(tk)为tk时刻所述预测模型的参数值，θ(tk-1)为tk-1时刻所述预测模型的参数值；

25、使用优化算法对所述预测模型的参数进行更新，得到tk时刻使代价函数l(tk)最小的所述预测模型的参数。

26、进一步的，设计所述pid控制器如下：

27、

28、e(tk)＝yr(tk)-y(tk)；

29、其中，u(tk)为tk时刻pid控制器的输出值，e(tk)为tk时刻的误差，e(tk-1)为tk-1时刻的误差，kp、kd和ki为pid控制器参数，j为中间变量，k为当前采样次数，t为预测控制时域。

30、进一步的，根据所述预测模型，设计所述模型预测控制器如下：

31、

32、δu(tk+j)＝u(tk+j)-u(tk+j-1)；

33、其中，j(δu,tk)为代价函数，λ为控制参数，tk为当前采样时间，j为中间变量，np为预测时域次数，nu为预测控制时域次数，yr(tk+j)为tk+j时刻期望值，为tk+j时刻预测值，δu(tk+j)为tk+j时刻预测控制量的变化值，u(tk+j)为tk+j时刻预测控制量，u(tk+j-1)为tk+j-1时刻预测控制量；

34、yr(tk+j)的计算公式如下：

35、

36、其中，α为调整因子，0<α<1，yr(tk)为tk时刻期望值，yr(tk+j-1)为tk+j-1时刻期望值，ysp(tk)为参考设定值；

37、的计算公式如下：

38、

39、其中，e1(tk)为tk时刻预测模型输出值和实际输出值的误差，yp(tk+j)为tk+j时刻预测模型的输出值，ε为补偿系数。

40、进一步的，根据所述pid控制器和模型预测控制器，得到基于pid的模型预测控制器为：

41、u(tk)＝u(tk)+δu(tk)；

42、其中，u(tk)为最终的控制输入，u(tk)为pid控制器得到的控制输入，δu(tk)为模型预测控制器得到的控制输入变化量。

43、进一步的，根据所述模型预测控制器，引入事件触发策略如下：

44、固定阈值触发：

45、|ysp(tk)-y(tk)|≥κ；

46、其中，κ为设定的阈值；

47、固定时间触发为：

48、tk-tke≥tkmax；

49、其中，tke为最后触发时刻，tkmax为允许的最大时间限制。

50、进一步的，根据所述基于pid的模型预测控制器，引入事件触发策略，得到基于pid的事件触发模型预测控制器，即所述模型预测控制器仅在满足预定触发条件时进行计算。

51、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

52、1、采用随机配置网络建立城市固废焚烧过程烟气含氧量的预测模型，并通过自适应更新策略实时调节预测模型参数，使得预测模型能够准确反映焚烧过程中的复杂动态变化。相比传统方法，该预测模型具有更高的预测精度，这种自适应能力使得系统在面对燃料成分变化、设备老化和环境变化等外部扰动时，仍能保持较高的控制性能，显著提升了系统的鲁棒性。

53、2、通过将pid控制与模型预测控制相结合，使得控制系统不仅具备传统pid控制的快速响应能力，还能够根据模型预测对未来趋势进行调整，提高了控制精度和响应速度。pid控制器负责快速纠正瞬时误差，而模型预测控制器则负责预测未来误差并提前进行校正，这种双重控制策略能够更有效地应对焚烧过程中的复杂变化，减少过冲和稳态误差，从而实现更加精确和稳定的烟气含氧量控制。

54、3、通过设计事件触发模型预测控制器，仅在满足特定触发条件时进行控制器计算，这种事件触发策略大大减少了控制器的计算量，降低了系统的计算负担。相比传统的连续计算方法，事件触发控制策略能够有效减少不必要的计算，提升系统的实时性和运行效率。

技术特征：

1.一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，根据所述随机配置网络建立城市固废焚烧过程烟气含氧量的预测模型，所述预测模型表示为：

3.根据权利要求2所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，定义所述预测模型的残差为：

4.根据权利要求1所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，通过自适应更新策略在线调节所述预测模型的参数，所述预测模型的参数的自适应更新的代价函数定义如下：

5.根据权利要求1所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，设计所述pid控制器如下：

6.根据权利要求4所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，根据所述预测模型，设计所述模型预测控制器如下：

7.根据权利要求6所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，根据所述pid控制器和模型预测控制器，得到基于pid的模型预测控制器为：

8.根据权利要求7所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，根据所述模型预测控制器，引入事件触发策略如下：

9.根据权利要求8所述的一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法，其特征在于，根据所述基于pid的模型预测控制器，引入事件触发策略，得到基于pid的事件触发模型预测控制器，即所述模型预测控制器仅在满足预定触发条件时进行计算。

技术总结
本发明涉及工业控制技术领域，尤其是涉及一种城市固废焚烧过程烟气含氧量的控制方法。所述方法包括以下步骤：首先，根据随机配置网络建立城市固废焚烧过程烟气含氧量的预测模型；其次，通过自适应更新策略在线调节所述预测模型的参数；然后，根据所述预测模型，设计基于PID的模型预测控制器；最后，根据所述基于PID的模型预测控制器，引入事件触发策略，得到基于PID的事件触发模型预测控制器。本发明不仅能够精确控制焚烧过程中的烟气含氧量，提高了系统的响应速度和控制精度，还能有效减少计算负担，提升系统的实时性和计算效率，从而确保焚烧过程的高效和环保。

技术研发人员：宋奕闻,钟莉娜,王硕孜
受保护的技术使用者：宋奕闻
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5