一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制方法及系统与流程

本发明涉及焚烧炉自动控制技术领域，具体涉及一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制方法及系统。

背景技术：

由于船舶数量的日益增加，船舶垃圾对海洋环境的污染也越来越严重，垃圾焚烧处理技术在船舶上得到广泛应用。由于船用焚烧炉炉内的燃烧过程是非常复杂的物理化学过程，是一个强耦合的多输入多输出大滞后的非线性系统，若燃烧稳定性下降会导致二次污染和加剧高温腐蚀，外部动态干扰可能会牺牲系统的效率性和安全稳定性，控制策略的选择与系统的工作状态密切相关，因此船用焚烧炉的控制系统是其核心技术之一。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制方法及系统，通过滑模控制和支持向量机算法实现控制器结构参数的自寻优，保证焚烧过程安全稳定运行。

为了解决以上技术问题，本发明提供一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制方法，包括如下步骤：

步骤1、获取炉膛内的数据参数；

步骤2、根据数据参数与性能评价指标的偏差值求得滑模控制器的输入变量；

步骤3、根据输入变量和优选的滑模控制器输出的相应输出值建立基于支持向量机的滑模控制器训练样本集；

步骤4、SVM-SMC控制器根据滑模控制器训练样本集拟合常规滑模控制器的结构参数计算参考负压值；

步骤5、当参考负压值的逼近误差处于可接受的数值邻域之内，通过控制参数自寻优生成新的训练样本，并将新的训练样本有选择地存入滑模控制器训练样本集中；再根据优选的新训练样本实时优化SVM-SMC控制器参数。

本发明进一步限定的技术方案是：步骤1中数据参数包括：炉膛含氧量、炉膛温度、烟气温度和炉膛负压。

作为本发明的进一步改进，步骤4中，参考负压值通过公式：其中b为偏置；θ_i＝α_i-α*_i，α_i和α*_i拉格朗日乘子；K(x_i,x)为核函数。

作为本发明的进一步改进，步骤5中优选的新训练样本的筛选方法具体为：采用公式：Δ＝(1-δ)E{(CCO-CCO_rational)}/(E{ΔCCT}+E{-ΔFGT})+δE{|ΔCCP|}＜ξ其中，CCO和CCO_rational分别为实际炉膛氧含量和标准氧含量，ΔCCT和-ΔFGT分别为炉膛温度和烟气温度的变化量，│ΔCCP│为炉膛负压变化的绝对值，E{·}是括号内相关变量的统计均值，ξ为定义的邻域值，表达式第一项表示在满足炉膛氧含量前提下合理控制炉膛温度和烟气温度；第二项表示炉膛负压调节的波动幅值最小，这两项之间的权衡由权重系数δ调节。

作为本发明的进一步改进，步骤5中包括：

步骤5-1、确定合理采样周期，顺序构造新样本(s_new,CCP_new)；

步骤5-2、优选新样本，去除不合理的新样本；

步骤5-3、采用增量式支持向量机算法在线训练；

步骤5-4、计算SVM-SMC控制器输出ACT_svm并加入扰动值作用到系统；

步骤5-5、等待下一个采样周期，循环至步骤5-1。

本发明还提供一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制系统，包括：

获取模块，用于获取炉膛内的数据参数；

第一计算模块，用于根据数据参数与性能评价指标的偏差值求得滑模控制器的输入变量；

建模模块，用于根据输入变量和优选的滑模控制器输出的相应输出值建立基于支持向量机的滑模控制器训练样本集；

第二计算模块，用于SVM-SMC控制器根据滑模控制器训练样本集拟合常规滑模控制器的结构参数计算参考负压值；

参数优化模块，用于当参考负压值的逼近误差处于可接受的数值邻域之内，通过控制参数自寻优生成新的训练样本，并将新的训练样本有选择地存入滑模控制器训练样本集中；再根据优选的新训练样本实时优化SVM-SMC控制器参数。

作为本发明的进一步改进，获取模块获取的数据参数包括炉膛含氧量、炉膛温度、烟气温度和炉膛负压。

作为本发明的进一步改进，第二计算模块包括：参考负压值通过公式：其中b为偏置；θ_i＝α_i-α*_i，α_i和α*_i拉格朗日乘子；K(x_i,x)为核函数。

作为本发明的进一步改进，参数优化模块中优选的新训练样本的筛选方法包括：采用公式：Δ＝(1-δ)E{(CCO-CCO_rational)}/(E{ΔCCT}+E{-ΔFGT})+δE{|ΔCCP|}＜ξ其中，CCO和CCO_rational分别为实际炉膛氧含量和标准氧含量，ΔCCT和-ΔFGT分别为炉膛温度和烟气温度的变化量，│ΔCCP│为炉膛负压变化的绝对值，E{·}是括号内相关变量的统计均值，ξ为定义的邻域值，表达式第一项表示在满足炉膛氧含量前提下合理控制炉膛温度和烟气温度；第二项表示炉膛负压调节的波动幅值最小，这两项之间的权衡由权重系数δ调节。

作为本发明的进一步改进，参数优化模块包括：

构造单元，用于确定合理采样周期，顺序构造新样本(s_new,CCP_new)；

优选单元，用于优选新样本，去除不合理的新样本；

建模单元，用于采用增量式支持向量机算法建立新的样本集；

计算单元，用于计算SVM-SMC控制器输出ACT_svm并加入扰动值作用到系统；

循环单元，用于等待下一个采样周期，循环至构造单元。

本发明的有益效果是：该方法通过对垃圾焚烧过程中影响焚烧性能的炉膛压力、炉膛温度、进气量和烟气温度进行分析，确定焚烧过程的主要参数，并采用滑模控制和支持向量机算法相结合方法，建立符合评价指标的样本数据库，全局寻优控制器结构参数，在获得控制器快响应性、强鲁棒性的同时，保证整个焚烧过程安全稳定运行。

附图说明

图1为本发明的船用焚烧炉炉膛负压自动控制方法流程图；

图2为本发明的船用焚烧炉炉膛负压自动控制系统结构图。

具体实施方式

实施例1

参考图1所示，本实施例提供的一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制方法，包括如下步骤：

步骤1、获取炉膛内的数据参数；

步骤2、根据数据参数与性能评价指标的偏差值求得滑模控制器的输入变量s_i＝(CCO-CCO_rational)/(E{ΔCCT}+E{-ΔFGT}+E{|ΔCCP|})；

步骤3、根据输入变量s_i和优选的滑模控制器输出的相应输出值CCP_i*建立基于支持向量机的滑模控制器训练样本集(s_i,CCP_i*)；

步骤4、SVM-SMC控制器根据滑模控制器训练样本集拟合常规滑模控制器的结构参数计算参考负压值；

步骤5、当参考负压值的逼近误差处于可接受的数值邻域之内，通过控制参数自寻优生成新的训练样本，并将新的训练样本有选择地存入滑模控制器训练样本集中；再根据优选的新训练样本实时优化SVM-SMC控制器参数。

步骤1中数据参数包括：炉膛含氧量、炉膛温度、烟气温度和炉膛负压。

采用含氧仪采集炉膛含氧量，热电偶采集炉膛温度和烟气温度，负压传感器采集炉膛负压。

步骤2中，滑模控制器的输入变量的计算方法即为s＝(CCO-CCO_rational)/(E{ΔCCT}+E{-ΔFGT}+E{|ΔCCP|})，其中CCO和CCO_rational分别为实际炉膛氧含量和标准氧含量，ΔCCT和-ΔFGT分别为炉膛温度和烟气温度的变化量。

步骤4中，参考负压值通过公式：其中b为偏置；θ_i＝α_i-α*_i，α_i和α*_i拉格朗日乘子；K(x_i,x)为核函数。

步骤5中优选的新训练样本的筛选方法具体为：

采用公式：Δ＝(1-δ)E{(CCO-CCO_rational)}/(E{ΔCCT}+E{-ΔFGT})+δE{|ΔCCP|}＜ξ其中，CCO和CCO_rational分别为实际炉膛氧含量和标准氧含量，ΔCCT和-ΔFGT分别为炉膛温度和烟气温度的变化量，│ΔCCP│为炉膛负压变化的绝对值，E{·}是括号内相关变量的统计均值，ξ为定义的邻域值，表达式第一项表示在满足炉膛氧含量前提下合理控制炉膛温度和烟气温度；第二项表示炉膛负压调节的波动幅值最小，这两项之间的权衡由权重系数δ调节。

步骤5中包括：

步骤5-1、确定合理采样周期，顺序构造新样本(s_new,CCP_new)；

步骤5-2、优选新样本，去除不合理的新样本；

步骤5-3、采用增量式支持向量机算法在线训练，经过优选的时间序列数据样本更新控制器模型；

步骤5-4、计算SVM-SMC控制器输出ACT_svm并加入扰动值作用到系统；

步骤5-5、等待下一个采样周期，循环至步骤5-1

参考图2所示，本实施例提供一种船用焚烧炉炉膛负压自动控制系统，包括：

获取模块21，用于获取炉膛内的数据参数；

第一计算模块22，用于根据数据参数与性能评价指标的偏差值求得滑模控制器的输入变量；

建模模块23，用于根据输入变量和优选的滑模控制器输出的相应输出值建立基于支持向量机的滑模控制器训练样本集；

第二计算模块24，用于SVM-SMC控制器根据滑模控制器训练样本集拟合常规滑模控制器的结构参数计算参考负压值；

参数优化模块25，用于当参考负压值的逼近误差处于可接受的数值邻域之内，通过控制参数自寻优生成新的训练样本，并将新的训练样本有选择地存入滑模控制器训练样本集中；再根据优选的新训练样本实时优化SVM-SMC控制器参数。

获取模块21获取的数据参数包括炉膛含氧量、炉膛温度、烟气温度和炉膛负压。

第二计算模块包括：参考负压值通过公式：其中b为偏置；θ_i＝α_i-α*_i，α_i和α*_i拉格朗日乘子；K(x_i,x)为核函数。

参数优化模块25中优选的新训练样本的筛选方法包括：采用公式：Δ＝(1-δ)E{(CCO-CCO_rational)}/(E{ΔCCT}+E{-ΔFGT})+δE{|ΔCCP|}＜ξ其中，CCO和CCO_rational分别为实际炉膛氧含量和标准氧含量，ΔCCT和-ΔFGT分别为炉膛温度和烟气温度的变化量，│ΔCCP│为炉膛负压变化的绝对值，E{·}是括号内相关变量的统计均值，ξ为定义的邻域值，表达式第一项表示在满足炉膛氧含量前提下合理控制炉膛温度和烟气温度；第二项表示炉膛负压调节的波动幅值最小，这两项之间的权衡由权重系数δ调节。

参数优化模块25包括：

构造单元，用于确定合理采样周期，顺序构造新样本(s_new,CCP_new)；

优选单元，用于优选新样本，去除不合理的新样本；

建模单元，用于采用增量式支持向量机算法建立新的样本集；

计算单元，用于计算SVM-SMC控制器输出ACT_svm并加入扰动值作用到系统；

循环单元，用于等待下一个采样周期，循环至构造单元。

本实施例通过对垃圾焚烧过程中影响焚烧性能的炉膛压力、炉膛温度、进气量和烟气温度进行分析，确定焚烧过程的主要参数，并采用滑模控制和支持向量机算法相结合方法，建立符合评价指标的样本数据库，全局寻优控制器结构参数，在获得控制器快响应性、强鲁棒性的同时，保证整个焚烧过程安全稳定运行。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。