面向节能减排的典型冶金过程先进控制与优化-东南大学

锌冶炼过程智能控制与协同优化关键技术及应用锌是一种广泛应用于工业与军事领域的重要有色金属，锌冶炼是生产锌的关键过程之一。

目前，随着智能制造技术的快速发展，智能控制与协同优化技术在锌冶炼过程中得到广泛应用，为提高冶炼效率、降低能耗、保障产品质量提供了有效的手段。

锌冶炼过程智能控制与协同优化的核心是建立一个全面的信息化平台，集成传感器、实时监测装置、数据采集系统等设备，实现对冶炼过程的可视化监控与控制。

通过对冶炼过程中的各个环节进行数据分析与挖掘，可以实现对各个生产参数的实时监控与调控，快速发现问题并进行处理。

同时，通过对冶炼过程进行建模与仿真，可以全面了解各个因素之间的关系，并进行优化设计。

锌冶炼过程智能控制与协同优化的关键技术主要包括以下几个方面：一是先进的传感技术。

通过采用先进的传感技术，可以准确、实时地获取冶炼过程中的关键参数，如温度、压力、浓度等，为后续的数据分析和控制提供可靠的数据支持。

二是大数据分析与处理技术。

冶炼过程中生成的数据量庞大，传统手工分析已经无法满足需求。

通过运用大数据分析与处理技术，可以从海量数据中提取有价值的信息，发现潜在的问题，指导冶炼过程的优化调控。

同时，还可以建立冶炼过程的模型，进行仿真与优化设计。

三是智能控制技术。

智能控制技术主要包括自动化控制、模糊控制、神经网络控制等。

通过运用这些技术，可以实现对冶炼过程的自动化控制，减少人为因素的干扰，提高冶炼效率和产品质量。

四是协同优化技术。

锌冶炼过程是一个复杂的多环节系统，各个环节之间存在着相互关联和相互制约的关系。

通过协同优化技术，可以实现各个环节之间的协调与优化，使整个冶炼过程达到最佳状态。

锌冶炼过程智能控制与协同优化技术的应用主要体现在以下几个方面：一是生产过程监控。

通过集成传感器、实时监测装置和数据采集系统，可以对冶炼过程中的各个环节进行实时监控，及时发现异常情况，并采取相应的措施，确保冶炼过程的稳定性和安全性。

先进控制技术综述1 引言在实际的工业控制过程中，很多系统具有高度的非线性、多变量耦合性、不确定性、信息不完全性和大滞后等特性。

对于这种系统很难获得精确的数学模型，并且常规的控制无法获得满意的控制效果。

面对这些复杂的工业控制产生了新的控制策略，即先进控制技术。

先进控制技术包括：自适应控制，预测控制，推理控制，鲁棒控制以及包括模糊控制与神经网络在内的智能控制方法。

本文详细介绍了自适应控制、预测控制以及这两种先进控制的应用领域和优缺点[1]。

2 自适应控制自适应控制的思想是对于系统中的不确定性，以及控制任务的艰巨性，对于部分未建模的动态特性、变化的被控对象和干扰信号，及时地测得它们的信息，并根据此信息按一定的设计方法，自动地做出控制决策、修改控制器结构和参数，使其控制信号能够适应对象和扰动的动态变化，在某种意义上达到控制效果最优或次优。

2．1 自适应控制介绍目前自适应控制的种类很多，从总体上可以分为三大类：自校正控制、模型参考自适应控制和其他类型的自适应控制。

自校正控制的主要问题是用递推辨识算法辨识系统参数，根据系统运行指标来确定调节器或控制器的参数。

其原理简单、容易实现，现已广泛地用在参数变化、有迟滞和时变过程特性，以及具有随机扰动的复杂系统。

自校正控制系统的一般结构图如图1所示。

自校正控制适用于离散随机控制系统[2]。

图1 自校正控制结构图模型参考自适应控制，利用可调系统的各种信息，度量或测出各种性能指标，把模型参考自适应控制与参考模型期望的性能指标相比较；用性能指标偏差通过非线性反馈的自适应机构产生自适应律来调节可调系统，以抵消可调系统因“不确定性”所造成的性能指标的偏差，最后达到使被控的可调系统获得较好的性能指标的目的。

模型参考自适应控制可以处理缓慢变化的不确定性对象的控制问题。

由于模型参考自适应控制可以不必经过系统辨识而度量性能指标，因而有可能获得快速跟踪控制。

模型参考自适应控制结构框图如图2所示，模型参考自适应控制一般用于确定性连续控制系统。

第1-3届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛获奖作品第三届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛“科信能环杯”于2010年8月18日——20日在北京科技大学举行，本次大赛共有232所高校报名参赛，收到参赛作品1868件，覆盖包括港澳台地区在内的全国所有省、市、自治区，直接涉及参赛学生和指导老师总人数达15000人以上。

历时三天精彩的角逐，经由现场展示、分组答辩、现场评审、专家讨论等环节的评选，各项参赛作品评定结果纷纷揭晓。

我校代表队在本次大赛中荣获优秀组织奖，1个一等奖和7个三等奖。

全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛每年举办一届，以“节能减排、绿色能源”为主题，以“培养普及节能减排意识，提高科技创新能力”为宗旨，由教育部高等教育司委托高等学校能源动力学科教学指导委员会联合一所高校共同承办。

本竞赛的第一、二届已于2008年、2009年分别在浙江大学和华中科技大学成功举行。

而在本届闭幕式上，全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛委员会常务副主任倪明江教授向下一届承办高校哈尔滨工业大学移交了大赛会旗。

在全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛的大背景下，东南大学节能减排竞赛也正蓬勃地开展起来，为本校师生提供了广阔的平台，越来越多的院系参与进来，在指导老师的悉心指导下，年轻的学子在交流中不断碰撞出思维的火花，强化了独立思考的能力，锻炼了理论联系实际的动手能力，也品尝到了付出艰辛努力后的喜悦甜果。

附：第三届大学生节能减排社会实践与科技竞赛“科信能环杯”东南大学代表团团长：金保昇（能源与环境学院院长、教授）领队：茅佩（能源与环境学院学办主任）获奖情况：优秀组织奖一等奖作品名称：旅游风景区节能减排设计及绿色能源利用——以南京大石湖风之谷景区为例设计者：金欣贺婷王恺指导老师：陈振乾三等奖1）车用太阳能——半导体辅助空调系统的设计、试验和分析设计者：朱纯，陈曦，杨燕梅，刘培栋指导教师：华永明2）家用中水回用式节水马桶设计者：朱春艳，杨莉，叶檬，张波，许金龙指导老师：黄正华、仲兆平3）一种高效集热的双效吸收式太阳能空调系统设计者：金叶佳谷伟李延亮刘微张继彬赵世阳蒲蕴指导老师：王军张耀明4)铁基载氧燃烧制氢三联流化床反应装置设计者：薛志鹏，孙小燕，陈时熠, 孙鹏，王东指导老师：向文国5)双层节能自动饮水机设计者：伏星源, 黄红亮, 夏云峰, 张一峰, 汪鹏, 林剑, 刘翰文指导老师：李久贤6)槽式太阳能多级热利用系统设计者：李小燕，龚广杰，尹芳芳，徐寅，赵世阳，杨小龙，陈岱琳指导教师：王军7)全面优化的太阳能照明系统设计者：唐万恺，束佳云，房丹，周鹏飞，刘贝叶指导教师：胡仁杰。

东南大学教务处
校机教〔2020〕52号
关于公布“‘双良杯’东南大学第十二届节能减排社会实践与科技创新竞赛”获奖名单的通知各学院、学生会、学生科协：
根据校机教〔2019〕158号的精神，学校于2019年10月至2020年5月举办了双良杯“东南大学第十二届节能减排社会实践与科技创新竞赛”。

在竞赛组委会的认真组织及各院系师生的大力支持与配合下，大赛已圆满结束。

本次竞赛共收到来自能源与环境学院、信息科学与工程学院、土木工程学院、材料科学与工程学院、经济管理学院、电气工程学院、化学化工学院、吴健雄学院等19个院系学生的有效申报书
—１—
104份，竞赛组委会从选题、方案设计、结构设计、制作等，对其合理性、创新性、实用性、先进技术应用等严格审核，最终确定42件作品进入复赛，全部按期完成进入决赛，组委会邀请校外专家进行网评，评出优秀奖和入围答辩作品，并于2020年5月16日进行了线上公开答辩，最后评出一等奖共3组，二等奖共6组，三等奖共10组，以及优胜奖13组。

特此公布！（见附件）
附件：东南大学第十二届节能减排社会实践与科技创新竞赛获奖名单
东南大学教务处
东南大学节能减排社会实践与科技竞赛组委会
2020年6月11日
（主动公开）
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附件：
东南大学第十二届节能减排社会实践与科技创新竞赛获奖名单
—３—
东南大学节能减排社会实践与科技竞赛组委会
2020年6月09日
抄送：学生处、团委、档案馆
东南大学教务处2020年6月11日印发—４—。

《自动化学报》创刊60周年专刊序主编 柴天佑1, 2《自动化学报》 由中国科学院自动化研究所、中国自动化学会主办, 自1963年创刊已六十年. 在此期间, 《自动化学报》 不断提高学术质量和影响力,为中国自动化学科的发展做出了积极的贡献, 这离不开广大从事自动化领域科研人员的共同努力. 为纪念 《自动化学报》 创刊六十周年, 我们特别组织了本期专刊, 经推荐和审稿专家评审最后录用了12篇论文, 包括6篇具有国际影响力的理论研究成果与6篇与国家重大需求结合的技术研究成果.1 理论研究成果近年来, 非线性系统的安全分析与控制已成为控制领域中的热门研究方向, 而障碍函数则是该方向的一种重要工具. 基于障碍函数的安全分析与控制方法具有计算效率高、鲁棒性强等优点. 同济大学的陈杰院士所在团队首先从多个角度介绍了基于障碍函数的非线性系统安全性分析的理论成果, 并进一步综述了障碍函数方法在非线性系统安全控制中的最新进展. 最后, 简要地介绍了当前基于障碍函数的安全分析与控制理论中一系列尚未解决的问题, 并指出了未来可能发展的一些研究方向.传统学科之间的固有壁垒正在被逐步打破, 多学科深度交叉融合的态势变得越发明显. 北京大学的王龙教授所在团队对博弈论、多智能体学习与控制论的异同、联系以及最新的研究进展进行了系统梳理. 首先, 介绍了作为纽带连接这三者的四种基本博弈形式, 进而论述了对应于这四种基本博弈形式的多智能体学习方法; 然后, 按照不同的专题, 梳理了这三者交叉研究的最新进展; 最后, 对这一新兴交叉研究领域进行了总结与展望.社会物理信息系统(Cyber-physical-social sys-tems, CPSS)在传统物理信息系统的基础上纳入对社会信号及社会关系的考虑, 利用网络世界近乎无限的人力、数据和信息资源, 突破物理世界有限的资源约束以及时空的限制. 中科院自动化研究所的王飞跃研究员所在团队从平行控制与智能控制、平行机器人与平行制造、平行管理与智能交通、平行医学与智慧健康、平行生态与平行社会、平行经济系统与社会计算、平行军事系统以及平行认知与平行哲学这八个方面阐述面向CPSS 的平行智能应用成果. 最后, 对CPSS 未来的发展方向和技术趋势进行了讨论与展望.机器学习技术成功地应用于计算机视觉、自然语言处理和语音识别等众多领域. 然而, 现有的大多数机器学习模型在部署后类别和参数是固定的,只能泛化到训练集中出现的类别, 无法增量式地学习新类别. 近年来新兴的类别增量学习研究方向,旨在使得模型能够在开放、动态的环境中持续学习新类别的同时保持对旧类别的判别能力 (防止 “灾难性遗忘”). 中科院自动化研究所的刘成林研究员所在团队对类别增量学习方法进行了详细综述. 根据克服遗忘的技术思路, 将现有方法分为基于参数正则化、基于知识蒸馏、基于数据回放、基于特征回放和基于网络结构的五类方法, 对每类方法的优缺点进行了总结. 此外, 文章在常用数据集上对代表性方法进行了实验评估, 并通过实验结果对现有算法的性能进行了比较分析. 最后, 对类别增量学习的研究趋势进行展望.基于因果建模的强化学习技术在智能控制领域越来越受欢迎. 因果技术可以挖掘控制系统中的结构性因果知识, 并提供了一个可解释的框架, 允许人为对系统进行干预并对反馈进行分析. 东南大学的孙长银教授所在团队探讨了基于因果建模的强化学习控制技术(以下简称因果强化学习)的最新进展, 阐明其与控制系统各个模块的联系. 首先介绍了强化学习的基本概念和经典算法, 并讨论强化学习算法在变量因果关系解释和迁移场景下策略泛化性方面存在的缺陷. 其次, 回顾了因果理论的研究方向, 主要包括因果效应估计和因果关系发现, 这些内容为解决强化学习的缺陷提供了可行方案. 接下来, 阐释了如何利用因果理论改善强化学习系统的控制与决策, 总结了因果强化学习的四类研究方向及进展, 并整理了实际应用场景. 最后, 对全文进1. 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室 沈阳 1108192. 国家冶金自动化工程技术研究中心 沈阳 1108191. State Key Laboratory of Synthetical Automation for Pro-cess Industries, Northeastern University, Shenyang 1108192. Na-tional Engineering Research Center of Metallurgy Automation,Shenyang 110819引用格式: 柴天佑. 《自动化学报》 创刊60周年专刊序. 自动化学报, 2023, 49(3): 473−475Citation: Chai Tian-You. Preface of the special issue for the 60th anniversary of Acta Automatica Sinica. Acta Automatica Sinica , 2023, 49(3): 473−475DOI: 10.16383/j.aas.c221020第 49 卷 第 3 期自 动 化 学 报Vol. 49, No. 32023 年 3 月ACTA AUTOMATICA SINICAMarch, 2023行总结, 指出了因果强化学习的缺点和待解决问题,并展望了未来的研究方向.南京航空航天大学的姜斌教授所在团队针对航天器近距离操作过程中追踪航天器位姿控制系统执行器故障问题, 提出了一种直接自适应容错控制方法, 保证了追踪航天器在发生执行器故障下的自身稳定性和对目标航天器位姿状态的渐近跟踪性能.基于对偶四元数的航天器位姿一体化控制系统模型, 首先假设故障已知, 设计标称控制信号; 然后设计自适应更新律对标称控制信号中的未知参数进行估计, 构成自适应控制信号; 最后利用多Lyapun-ov函数对多故障模式下的系统性能进行分析. 仿真结果表明了所提方法的有效性.2 技术研究成果航天技术推动科技进步、促进经济发展, 为国家提供重要的战略安全保障, 是国家发展的重大需求之一. 控制是航天器在空间环境下自主完成复杂任务的关键技术. 中国空间技术研究院的杨孟飞院士所在团队梳理了中国空间控制技术过去50多年来的发展成果, 总结划分为航天器姿态控制、姿态轨道控制、 “感知−决策−执行”自主控制三个方面,并在综述了各方面主要进展的基础上, 围绕超大结构航天器姿态轨道控制、轨道空间博弈控制、网络化航天器集群控制、地外探测智能无人系统控制、跨域航天器自主控制、在轨建造与维护控制6个技术方向, 提出面临的挑战和需要重点关注的基础性问题, 为空间控制技术未来的发展提供借鉴和参考.智能机器人在服务国家重大需求, 引领国民经济发展和保障国防安全中起到重要作用. 智能机器人作为智能制造的重要载体, 在深入实施制造强国战略, 推动制造业的高端化、智能化、绿色化过程中将发挥重要作用. 湖南大学的王耀南院士所在团队从智能机器人的感知与控制等关键技术的视角出发, 重点阐述了机器人的三维环境感知、点云配准、位姿估计、任务规划、多机协同、柔顺控制、视觉伺服等共性关键技术的国内外发展现状. 然后, 以复杂曲面机器人三维测量、复杂部件机器人打磨、机器人力控智装配等机器人智能制造系统为例, 阐述了机器人的智能制造的应用关键技术, 并介绍了工程机械智能化无人工厂、无菌化机器人制药生产线等典型案例. 最后探讨了智能制造机器人的发展趋势和所面临的挑战.东北大学的柴天佑院士所在团队在分析智能制造对PID整定的新需求及PID整定面临的挑战难题的基础上, 将自动化的建模、控制与优化和人工智能的深度学习与强化学习深度融合与协同, 提出了自适应与自主的PID整定的智能优化方法, 包括端边云协同的PID控制过程数字孪生模型和强化学习与数字孪生模型相结合的PID整定算法. 将工业互联网的端边云协同技术与PLC控制系统相结合, 研制了PID整定智能系统, 并在重大耗能设备 —电熔镁炉成功应用. 该系统安全、可靠与优化运行,取得显著的节能减排效果. 最后, 提出了控制系统智能化研究方向需要进一步深入研究的内容.我国流程行业原料来源复杂, 如何优化调控工艺指标使复杂生产流程适应原料波动, 是保障产品质量、降低物耗能耗的关键. 中南大学的桂卫华院士所在团队结合全流程、工序、反应器等不同生产层级的工艺特点, 系统研究复杂生产流程协同优化和智能控制方法. 针对全流程多工序关联的特点,提出了操作模式优化方法和操作模式动态匹配的全流程多工序协同优化方法; 针对单元工序多反应器级联的特点, 分析了工序内不同反应器的物质转化效率差异, 提出了反应器指标梯度协同优化方法;针对反应器多反应共存、工况多变的特点, 研究了基于完备状态空间的动态特性描述框架, 建立了竞争−促进反应体系机理模型, 提出了工况全覆盖的模型参数自主辨识方法和基于分工况智能综合调节的反应器操作参数精细化调控方法. 通过锌冶炼智能工厂建设案例阐述了所提方法在提高工艺原料适应能力、生产效率、质量稳定性等方面的成效. 最后, 结合我国流程行业智能化发展现状和需求, 分析了需进一步研究的问题.大型生产设施的安全与能效监控, 迫切需要低功耗、高精度的泛在感知, 高实时、高可靠的无线传输以及动态灵活的管控. 为此, 中国科学院沈阳自动化研究所的于海斌研究员所在团队提出一种扁平架构的无线化工业控制系统. 然后, 围绕感知、传输和控制等核心功能需求, 系统阐述了高实时高可靠的工业无线网络设计及其时−空−频三元联合调控方法, 感知终端的变周期精益采样和高能效精准时间同步方法, 以及管控平台的语义化互操作和赋时工作流模型等核心关键技术. 最后, 研发了面向石油高效采收和电网全域安全监测的无线化工业控制系统, 介绍了应用效果和成效.城市固废焚烧(Municipal solid waste inciner-ation, MSWI)是处置城市固废的主要手段之一. MSWI 具有多变量耦合、工况漂移等诸多不确定性特征, 因而难以建立其被控对象模型并设计在线控制器. 针对以上问题, 北京工业大学的乔俊飞教授所在团队提出了一种面向MSWI过程的数据驱动建模与自组织控制方法. 首先, 构建了基于多输入474自 动 化 学 报49 卷多输出Takagi Sugeno模糊神经网络的被控对象模型; 然后, 设计了基于多任务学习的自组织模糊神经网络控制器(Multi-task learning self-organizing fuzzy neural network controller, MTL-SOFNNC)用于同步控制炉膛温度与烟气含氧量, 其通过计算神经元的相似度与多任务学习能力对控制器结构进行自组织调整; 接着, 通过Lyapunov定理对MTL-SOFNNC稳定性进行了证明; 最后, 通过北京市某MSWI厂的过程数据验证了模型与控制器的有效性.3 结语希望本专刊能够对相关领域的研究人员以启发, 并推动自动化领域在前沿科技的研究. 衷心感谢所有为 《自动化学报》 创刊60周年专刊做出贡献的作者、审稿人和编委会成员. 正是你们的支持和努力, 本专刊才能顺利完成. 相信未来在大家的共同努力下, 《自动化学报》 在国际自动化领域的影响力将日益提升.柴天佑　中国工程院院士, 东北大学教授. IEEE Life Fellow, IFAC Fel-low, 欧亚科学院院士. 主要研究方向为自适应控制, 智能解耦控制, 流程工业综合自动化与智能化系统理论、方法与技术.E-mail: *************** (CHAI Tian-You　Academician of Chinese Academy of Engineering, professor at Northeastern University, IEEE Life Fellow, IFAC Fellow, and academician of the International Eurasian Academy of Sciences. His research interest covers adaptive control, intelligent de-coupling control, and theories, methods and techno-logy of synthetical automation and intelligent system for process industries.)3 期柴天佑: 《自动化学报》 创刊60周年专刊序475。

东南大学的锅炉燃烧优化系统2021-06-04 21:12一、BCOS-2000/2.0系统概述随着我国电力行业改革的不断深入，“厂网分开，竞价上网”的运行机制已成为必然。

对各电厂而言，保障机组的安全经济运行，努力降低发电成本，是参与竞争的必由之路。

在系统组成与结构一定时，机组运行的安全性和经济性主要取决于锅炉的安全经济运行，而锅炉运行的安全性和经济性主要取决于锅炉的燃烧运行调整。

在火电发电成本中，燃料费用一般要占70%以上，因此，提高锅炉燃烧系统的运行水平对机组的节能降耗具有重要意义。

锅炉燃烧调整的主要任务是根据不同的负荷和煤种，进行合理的配风、配煤，以保证锅炉燃烧的安全性和经济性。

国内大型火电发电机组一般都配有DCS。

DCS虽提高了锅炉运行的自动化水平，但DCS缺少对锅炉燃烧运行配风、配煤方式的优化。

目前国内电站锅炉燃烧运行主要依据锅炉大修后的燃烧调整试验，由运行人员根据自己的运行经验进行配风、配煤。

这存在两个方面的问题：[color=Green]其一，由于受试验时间及条件的限制，燃烧调整试验一般只能做有限的几个负荷及煤种工况点。

因此锅炉实际运行工况一般与试验工况有较大差异，特别是受煤碳市场的影响，锅炉燃烧的煤质往往变化较大，情况更是如此。

如果完全以燃烧调整试验结果为依据进行配风、配煤，不能使锅炉运行于最佳状态；[u]（德裕注：采用正交试验可以有效地应对有限的试验工况问题，不过这种离线方式仍然对于系统的在线变化的跟踪问题仍然缺乏手段。

）[/u][/color][color=Navy]其二，运行人员的运行水平客观上存在差异，即使是同一司炉，受主观因素的影响，在不同的时间，其运行水平也可能存在差异。

因此凭运行经验进行的锅炉燃烧调整操作具有一定的随意性，难以保证锅炉处于最佳的运行状态。

[u]（德裕注：关键在于如何将有效的经验转换成通用而自动的方式。

）[/u][/color]由于锅炉炉内煤粉燃烧过程的复杂性，运行人员只能根据自己长期积累的运行经验进行燃烧调整。

可靠
一、南京大学
1.基于协调分布协作的智能电网运行机制及其应用
2.柔性节能智能汽车网络控制系统研究
3.测控融合技术在智能电力系统中的应用
4.低碳技术对未来能源系统节能降耗及环境影响研究
5.下一代智能汽车协同技术及安全技术研究
6.基于智能电网的微电网及其可持续发展研究
7.基于智能控制的复杂工业系统异常检测及定位
8.新型电化学储能技术在风能太阳能中的应用
9.基于信息化管理的智能家居系统
10.大型智能电网综合能源优化运行技术
11.大数据能源信息计算和分析
12.基于系统分析的节能空调系统及其可视化研究
13.基于物联网的电能负荷预测方法研究
14.面向未来电力设备优化调度的新方法
15.基于智能电网的微电网及其可持续发展研究
二、东南大学
1.可再生能源调度与电网稳定控制研究
2.新型电池高效充放电技术研究
3.先进锂离子电池安全性及循环寿命的研究
4.新型压电驱动器在电网平衡调节中的应用
5.能源物联网分布式协同技术研究
6.新型储能器优化控制方法研究
7.光伏太阳能发电系统控制及其节能优化。