一种MSWI过程炉膛温度控制方法

本发明涉及城市固体废物处理，特别是涉及一种mswi过程炉膛温度控制方法。

背景技术：

1、城市固废(msw)问题引起的全球性且日益突出的环境挑战，对国际社会已经产生深远影响。据统计，msw的全球年增长率已达到8％-10％，已成为碳排放的主要来源之一，为资源管理、环境保护和社会可持续发展带来了严峻挑战。为实现国际社会的“净零”排放目标，msw的有效处理成为世界范围内亟待解决的问题。msw焚烧(mswi)因其减量化、资源化和无害化等优势，已成为全球城市可持续发展和绿色环保的关键环节，在低碳、环保和可持续能源等领域均具有重要作用。目前，mswi厂主要采用“3t+e”原则，其中之一为保持炉膛温度(ft)稳定在850℃以上，其稳定控制关系到mswi厂的污染减排和减容减质水平。然而，由于我国地域和经济等因素影响，产生的msw组分不确定、热值差异大和含水率波动大，为ft的稳定控制带来了不确定性干扰。因此，有必要针对我国具体情况，开展ft的智能控制研究。

2、比例-积分-微分(pid)控制器因其结构简单和易于设计等特点，在工程自动控制系统中占据约95％的使用率，并具有显著的影响力。在实际焚烧过程中，被控对象的非线性、时变性和大滞后特点，以及环境噪声等外界因素的干扰，使得难以建立精确的数学模型并确定最优控制器参数。此时，传统的pid控制方法在控制精度、自学习能力和自适应性方面存在局限。因此，探索具备在线自适应参数整定能力的pid控制成为工业过程应用中的重要研究方向。强化学习(rl)作为基于试错机制的算法，允许智能体通过与环境的交互来探索并迭代实现优化目标。这种方法不依赖专家的先验知识，可在没有系统精确模型的情况下进行无监督的在线学习，为pid控制器的无模型整定法带来新的研究途径。因此，设计一种基于it2fbls强化学习pid的mswi过程炉膛温度控制方法是十分有必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种mswi过程炉膛温度控制方法，能够实现mswi过程炉膛温度控制，便于使用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种mswi过程炉膛温度控制方法，包括如下步骤：

4、步骤1：构建pid控制器模块及基于it2fbls-acn的强化学习模块；

5、步骤2：基于it2fbls-acn的强化学习模块与pid控制器模块相结合，实现pid参数的整定和acn参数的调节。

6、可选的，步骤1中，构建pid控制器模块，具体为：

7、构建pid控制器模块作为mswi过程的ft控制器，其中，pid控制器模块，采用增量式pid算法，控制器输出为二次风增量，为：

8、vut＝ki,tet+kp,tvet+kd,tv′et                      (1)

9、式中，kp,t,ki,t和kd,t分别为t时刻的比例、积分和微分系数，为t时刻ft的设定值与实际测量值yt之间的误差，vet＝et-et-1为误差差分，即当前时刻误差与上一时刻误差之差，v2et为误差二次差分，为：

10、v2et＝vet-vet-1＝et-2et-1+et-2                     (2)

11、式中，et-1和et-2分别为系统在t-1和t-2时刻的ft的系统误差；

12、计算输出的二次风增量，与上一时刻二次风量相加即获得当前时刻的二次风量，其受约束于依经验设定的波动范围，为：

13、

14、式中，umax和umin分别为依经验设定的二次风量的最大和最小值。

15、可选的，步骤1中，构建基于it2fbls-acn的强化学习模块，具体为：

16、构建基于it2fbls-acn的强化学习模块，其中，基于it2fbls-acn的强化学习模块包括acn-pid参数整定子模块和acn参数学习子模块，基于acn-pid参数整定子模块实现pid的参数整定，基于acn参数学习子模块实现acn的参数调节。

17、可选的，步骤2中，基于it2fbls-acn的强化学习模块与pid控制器模块相结合，实现pid参数的整定，具体为：

18、基于acn-pid参数整定子模块实现pid参数的整定，采用rl中的acn算法框架对pid控制器的参数进行在线自适应整定，将pid控制器模块公式改写为：

19、

20、式中，为rl环境中的动作向量；st＝[et,vet,v2et]t为rl环境中的状态向量；

21、采用具有共享机制的多输入多输出结构的it2fbls同时实现an的策略学习与cn的值学习。

22、可选的，步骤2中，基于it2fbls-acn的强化学习模块与pid控制器模块相结合，实现acn参数的调节，具体为：

23、基于acn参数学习子模块实现acn的参数调节，定义奖励函数及an的误差函数为：

24、

25、

26、式中，为当前时刻炉膛温度设定值，yt为当前时刻炉膛温度实际值，uc为最终目标值，由于max(rt)＝0，设置uc＝0；

27、构造an和cn的损失函数为：

28、

29、对an输出权值θw和cn输出权值φw进行参数更新，分别计算损失函数对各参数的梯度，其中，针对非共享层中an参数计算为：

30、

31、式中，为an中第k个it2fnn层与输出层第m个输出的连接权值，其关于am的偏导计算过程为：

32、

33、式中，为an中第l个增强层与输出层第m个输出的连接权值，其关于am的偏导计算过程为：

34、

35、针对非共享层中cn参数计算过程为：

36、

37、式中，为cn中第k个it2fnn层与输出层间连接权值，其关于qφ,t的偏导计算过程为：

38、

39、为cn中第l个增强层与输出层间连接权值，其关于am的偏导计算过程为：

40、

41、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的mswi过程炉膛温度控制方法，该方法包括构建pid控制器模块及基于it2fbls-acn的强化学习模块，基于it2fbls-acn的强化学习模块与pid控制器模块相结合，实现pid参数的整定和acn参数的调节，该方法采用it2fbls拟合actor网络和critic网络以应对过程不确定性，设计具有共享层机制的it2fbls以减少计算消耗、确保紧凑网络结构和提高时效性，利用李雅普诺夫第二法，证明了共享机制actor-critic算法的收敛性以及控制过程的稳定性，确保了理论基础，通过现场运行数据的实验验证了所提方法实现了pid参数的在线整定和炉膛温度的恒定和变设定值的快速稳定跟踪，能够提高系统的控制性能和自适应能力，证明了有效性。

技术特征：

1.一种mswi过程炉膛温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的mswi过程炉膛温度控制方法，其特征在于，步骤1中，构建pid控制器模块，具体为：

3.根据权利要求2所述的mswi过程炉膛温度控制方法，其特征在于，步骤1中，构建基于it2fbls-acn的强化学习模块，具体为：

4.根据权利要求3所述的mswi过程炉膛温度控制方法，其特征在于，步骤2中，基于it2fbls-acn的强化学习模块与pid控制器模块相结合，实现pid参数的整定，具体为：

5.根据权利要求4所述的mswi过程炉膛温度控制方法，其特征在于，步骤2中，基于it2fbls-acn的强化学习模块与pid控制器模块相结合，实现acn参数的调节，具体为：

技术总结本发明提供了一种MSWI过程炉膛温度控制方法，包括：构建PID控制器模块及基于IT2FBLS‑ACN的强化学习模块，基于IT2FBLS‑ACN的强化学习模块与PID控制器模块相结合，实现PID参数的整定和ACN参数的调节。本发明提供的MSWI过程炉膛温度控制方法，能够实现MSWI过程炉膛温度控制，便于使用。技术研发人员：汤健,田昊,夏恒,王天峥,乔俊飞受保护的技术使用者：北京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18