钢铁行业多工序多污染物超低排放控制技术与应用

获得荣誉

2021年11月3日，“钢铁行业多工序多污染物超低排放控制技术与应用”获得2020年度国家科学技术进步奖二等奖。

用频域法研究多参数控制系统 的分析与设计的科学。现代控制理论的重要分支学 科。研究对象为多输入、多输出控制系统。该理论是 把一个多输入-多输出、回路间紧密关联的系统设 计，转化为一组单变量系统的设计，进而可选用某一 种古典方法 (如奈奎斯特和伯德的频率响应法、伊万 斯的根轨迹法等) 完成多参数系统的设计。

多参数频域控制理论主要研究如何将频率响应法 推广到多参数控制系统设计。其主要设计理论包括： 罗森布洛克 (Rosenbrock) 的逆奈化阵列法、梅奈 (Mayne) 的序列回差法、麦克法兰 (Macfarlane) 的特征轨迹法、欧文斯 (Owens) 的并矢展开法等。 由于频域设计要依赖大量图形信息，且设计过程要反 复多次才能完成，因此，计算机辅助设计 (CAD) 是多参数频域理论重要的组成部分和研究内容。目 前，这一理论正在向纵深方向发展。

历来用模拟调节器进行控制时，除了对应一个控制变量选择一个操作变量以外，也可控制多个独立单环所组成的过程，从而对整个过程进行控制。但是生产过程在本质上是多参数系统，而且变量之间有种种影响。因此，在设计控制系统时，要尽可能避免互相影响。为了避免互相影响使控制性能变坏，对于有些即使本来需要控制的变量也宁可放弃而不控制。这样就不可避免地要出现所谓“失控”现象。例如，在蒸馏塔的控制系统中，对塔顶或塔底的任何一个组成部分进行自动控制时，就可以发现还存在有不能进行自动控制的“失控”等现象。

近年来，在化工生产过程中，设备间的互相影响正在显著增加。因此，一个操作变量会影响到许多控制变量。再有，一个控制变量也能支配受许多操作变量影响的，作为多参数系统的整个控制过程。想要在控制过程中消除影响，必须同时把许多参数综合起来加以控制，这样的控制方式，就是多参数控制。

在以前，多参数控制系统必须要安装许多调节器及运算器才能进行控制，仅在某些特殊的情况下使用。但是，随着DDC直接数字控制系统的普及，多参数控制系统实现起来也就更加经济了。

上一节叙述了不互相影响的控制，不互相影响的控制并不是最佳控制，另外，对于外来干扰的控制也比较困难。因此，目前关于多参数控制系统，又提出了种种控制方式·这些控制方式既利用了系统的外部变量，也利用了系统的内部状态变量，并且，在控制过程中做到不互相影响，从而获得良好的控制性能。在这些控制方式中，这里主要阐述高桥提出的关于DDC多参数控制系统的设计方法。在多参数控制过程中加上反馈，构成串级系统，适当地选择反馈环节，既可改善整个系统的动态特性，又便于对整个系统加以控制。基于这些考虑，因此，可在线性控制对象的模态域中决定控制算法矩阵．这里的模态域，是指线性控制对象的矩阵为了Jordan棕准型的状态空间。

研究一下用以下的公式所裘示的n阶线性定常控制对象：

现在研究图3所表示的串级控制系统。亦即，从影响内部状态变量的p中检测出必要的信息y，然后用第2个闭环控制矩阵尺来进行反馈控制，实际上想要控制的控制变量，通过主反馈回路与设定值相比较，从而得到主控制矩阵的输入，主控制器的输出m成为第2个反馈回路串联起来构成串级控制。

如果主反馈回路所操纵的控糊变量以外的变量，还有可以作为y被检测出来，并可通过K进行反馈的，则形成所谓利用控制变量以外的状态变量而进行的控制。