回转窑烧成系统是水泥生产过程中的核心环节,其中该环节用煤量占水泥生产全过程的一半以上,并且此环节在很大程度上决定了最终产品(水泥)的产量与质量,因此对其进行自动控制及过程优化成为水泥生产节能减排的关键。而对回转窑及相似热工系统的优化控制正逐渐以过去的基于操作员模型的控制方法向结合精确模型的混合控制方向发展。所以对水泥回转窑环节建模是很有研究意义的,但该系统由于工况复杂使得单一模型很难满足控制需求,因此本课题基于混杂系统理论、热工制度、先验知识和支持向量机(SVM)方法对水泥回转窑环节进行建模研究,而回转窑烧成过程中烧成带温度是主要关键参数,为此本文以回转窑烧成带温度作为输出变量建立了基于典型工况的水泥回转窑动态模型,该研究为水泥回转窑优化控制提供了更好的建模方法和仿真平台。在面向控制的水泥回转窑混杂建模研究项目(山东省高等学校科技计划项目:J12LN17)资助下,本文开展工作如下:(1)基于混杂系统思想完成对水泥回转窑模型结构的整体设计。主要包括动态系统模型和动态模型切换事件:在本课题中选用了窑头喷煤量作为动态模型的输入,水泥回转窑烧成带温度作为动态模型的输出;动态模型切换事件为典型工况间的动态模型切换研究。同时由于该课题是面向控制应用,因此在本课题中确定了工况识别器,进而为后期水泥回转窑模型控制研究提供有利方法。(2)建立回转窑系统标准工况模板。针对山东某水泥厂历史数据分析及现场操作人员人工经验,本课题主要基于典型工况模板下对水泥回转窑进行建模研究,其中所分工况模板基本包括了90%的正常生产时间。典型工况中窑头喷煤量大致在10.9t/h、11.1t/h、11.3t/h三个基准值范围内波动,通过该主导变量的划分进而得到相对应的其它参量的工况基准值点。基于典型工况的研究对下一步课题研究提供了合理的准备工作。(3)水泥回转窑烧成带温度软测量研究。回转窑系统主要研究对象是烧成带温度,但是由于目前检测技术的限制,烧成带温度不能够直接测量,因此,在阅读了大量相关参考文献的基础上选择最小二乘支持向量机(LS_SVM)方法软测量f_CaO,并且通过f_CaO与烧成带温度之间的线性关系间接得到基于典型工况下的烧成带温度软测量值。(4)基于典型工况的动态模型研究。通过操作员经验以及查阅参考文献可知,决定烧成带温度高低的主要控制变量为窑头喷煤量,因此在本课题中研究了基于典型工况的窑头喷煤量与烧成带温度之间的动态系统模型,并且通过对相应工况下的其它数据进行验证模型的准确性,结果表明误差在允许范围内,符合建模要求。(5)典型工况间的动态模型切换研究。由于水泥回转窑长时间运行过程中各工况间存在普遍切换,然而典型工况间的切换呈现出一定的非线性和离散性,为此在本文中建立模糊模型对各工况间动态模型切换进行描述,通过对现场实际数据仿真验证该种模型切换方法具有实用性。(6)面向控制的水泥回转窑动态仿真平台实现。水泥回转窑模型仿真平台中做了如下工作:工况识别器建立、DCS工程师站烧成带温度动态模型组态设计、动态模型之间切换实现、DCS与数据库之间的通讯、数据库存储设计。最后搭建水泥回转窑模型仿真平台,在Digivis环境下显示相关检测变量以及窑头喷煤量与烧成带温度之间的实时动态响应曲线,仿真表明本文中所使用的原理以及建模方法是合理有效的。