一种智慧气力输送闭环调整巡优控制方法与流程

本发明涉及气力输送控制，具体地说是一种智慧气力输送闭环调整巡优控制方法。

背景技术：

1、气力输送系统是燃煤火力发电厂、水泥及化工等行业输送粉体物料的核心辅机设备，其运行稳定性与能耗水平直接影响机组经济运行与环保达标。当前行业内主流的控制方式多采用固定供气压力、恒定固气比或以人工经验手动调节阀门开度的开环、半闭环控制模式。具体存在的缺陷如下：

2、1.工况自适应差且能耗偏高：面对物料特性波动与管路阻力漂移等时变工况，固定控制参数无法动态跟踪最优工作点；为保障不堵管而被迫采取冗余供气策略，导致空压机长期低效运行，系统能耗占比高且缺乏量化巡优手段；

3、2.堵管处置滞后且易陷局部最优：传统控制依赖压力超限后的被动报警停机，缺乏基于压差趋势的预判干预能力；且现有算法仅针对单一参数调节，未统筹能效、稳定性与堵管风险，在气固两相流非线性特性下常出现调节震荡及局部极值陷阱，无法实现全域稳定巡优。

技术实现思路

1、为此，本发明通过构建融合物料特性修正的能效指数，采用带自适应权重的单峰凸巡优势函数及改进梯度爬山算法，结合自适应步长试探与预测式自愈策略，实现变工况下全域巡优与堵管预判；解决了现有控制方式自适应差、能耗高、堵管处置滞后及易陷局部最优的问题，显著提升了输送稳定性与能效水平，降低了厂用电率与运维成本。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种智慧气力输送闭环调整巡优控制系统，包括如下步骤：

4、（s10）元数据获取：获取气力输送过程中的多源运行参数，包括压力参数、流量参数、物料参数、设备参数和时间参数；其中，压力参数包括仓泵入口压力pin、管道始端压力pstart和管道末端压力pend，流量参数包括瞬时输灰量qmass（t）和压缩空气瞬时流量qair（t），物料参数包括湿度h（t）和粒径分布d50（t），设备参数包括调节阀开度vopen和空压机出口压力pcomp，时间参数包括当前输送周期时长tcycle；

5、（s20）数据预处理：对步骤s10中获取的数据进行数据净化与工况筛选，以剔除干扰噪声并锁定有效计算区间；

6、（s30）基于步骤s20预处理后的数据进行巡优：计算当前工况的巡优势函数值并进行自适应微扰预估得到，当小于微阈值，然后判定工况达到最优，当大于或等于微阈值，且大于时，则判定巡优方向正确，然后继续进行自适应微扰预估，直至小于微阈值，然后判定工况达到最优，当小于时，则判定阀门开度调节方向错误，然后进行对阀门开度进行反向调节，直至小于微阈值，巡优结束后，得到最优阀门开度；其中，自适应微扰预估为通过对当前工况下的阀门开度进行调节并计算阀门开度调节后的巡优势函数值，巡优势函数值通过下式计算得到：

7、；

8、式中，vopen代表当前阀门开度；tcycle代表当前输送周期时长；tmax为过去30天内未发生堵管报警且能效指数高于当日平均值的输送周期上限；tmin为过去30天内未发生堵管报警且能效指数高于当日平均值的输送周期下限；代表管道压差的变化率；α(t)为能效优先权重系数，β(t)为输送周期稳定性权重系数，γ(t)为堵管风险抑制权重，满足α（t）+β（t）+γ（t）=1；csei（t）代表综合输送能效指数，通过下式计算得到：

9、；

10、式中，qmass（t）为t时刻的瞬时粉体质量流量；∆p（t）为管道压差，∆p（t）=pstart-pend；qair（t）为t时刻的瞬时压缩空气体积流量；pcomp（t）为t时刻的空压机出口压力；h（t）为t时刻的物料湿度；d50（t）为t时刻的颗粒中位粒径；kh为湿度影响系数，取值范围为0＜kh＜1；kd为粒径影响系数，取值范围为0＜kd＜1；

11、（s40）基于步骤s30的最优阀门开度对阀门开度进行调整控制。

12、上述控制方法，在步骤s20中，对多模态下的元数据进行预处理，具体包括：

13、（1）对压力参数及流量参数进行时域净化处理：设定基于物理量程的突变阈值，在采样值突变超过量程10%时，判定为干扰脉冲并沿用前一有效值，以剔除气动冲击导致的尖峰噪声；

14、（2）对物料参数、设备参数及时间参数进行有效性校验与平滑处理：剔除超出物理量程的异常数据，并对物料湿度h（t）及粒径d50（t）取预设时长内的滑动平均值以平滑随机波动；

15、（3）进行稳态工况筛选：通过监测仓泵入口压力pin的变化率，自动锁定有效计算区间，仅在出料阀开启2s后且压力变化率趋稳的输送稳流段激活后续计算逻辑。

16、上述控制方法，α（t）的定义如下：

17、；

18、式中，cseiref为历史最优能效；∆pref为压差变化率的安全阈值，由此通过气固两相流耦合机制确保所述巡优势函数具备单峰凸特性。

19、上述控制方法，β（t）的定义如下：

20、。

21、上述控制方法，进行自适应扰动预估时，对阀门开度进行一定幅度的调节，然后等待∆t时长后，计算；其中，调节后的阀门开度通过下式计算得到：

22、；

23、式中，clamp（*）是限幅函数；是调节阀的最大开度，取100%，δ(t)为自适应扰动步长，通过下式计算得到：

24、；

25、式中，δbase=5%为基础步长；ϵ=0.001为收敛阈值。

26、上述控制方法，当巡优势值变化率较大时，δ(t)取值增大，反之，按比例自动缩小δ(t)。

27、上述控制方法，在基于δ(t)进行迭代巡优的过程中，并行监测综合输送能效指数csei（t）的滑动平均值，若csei（t）连续多个采样周期下降超过10%，则判定为潜在堵塞，立即暂停巡优并执行主动排堵子程序：关闭出料阀1秒后重新开启，利用压缩空气反吹管道以消除沉积，排堵完成后重新计算，并重启新一轮巡优。

28、上述控制方法，在进入稳态监控模式后，持续监测工况漂移指标；当监测数据触发预设条件时，判定为工况迁移导致原工作点失效，自动退出稳态并重新发起全域巡优；所述漂移条件包括：csei（t）滑动平均值下降超过5%，或物料湿度相对稳定段均值变化超过4%、粒径波动超过12%。

29、上述控制方法，在稳态监控或巡优结束后，并将确定的最优阀门开度vopen输出至调节阀定位器驱动至目标位置后，采集执行后的工况反馈数据，将执行后的工况反馈数据与当前的csei（t）、popt及运行模式标识一同上传监控系统，并回传元数据以完成闭环迭代。

30、其中，所述的一种智慧气力输送闭环调整巡优控制系统，包括：元数据获取单元、数据分析单元、决策与闭环巡优单元和执行与反馈单元，元数据获取单元、数据分析单元、决策与闭环巡优单元、执行与反馈单元依次通信连接，执行与反馈单元和元数据获取单元通信连接形成闭环。

31、本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

32、1.变工况下的全域能效优化：通过构建融合物料湿度与粒径修正的综合输送能效指数，并结合具备单峰凸特性的动态巡优势函数及自适应变步长算法，将输送能效、周期稳定性与堵管风险进行多目标统一巡优；

33、2.输送本质安全与全生命周期自适应能力：基于能效衰减趋势建立了预测式自愈保护机制，可在堵管发生前主动执行反吹排堵，变事后报警为事前干预；同时通过工况漂移监测触发自适应重激活，使控制器能够动态感知物料及管路特性变化并自动重启巡优。