纳米铁粉电热分解炉变工况控制研究

摘要

纳米铁粉由于其在磁、光、电、敏感等方面具备的特殊性质，目前已广泛应用于磁记录、气敏元件、光吸收材料、高效催化等领域。本文通过分析纳米铁粉电热分解工艺流程和纳米铁粉电热分解炉的结构组成，阐述了分解炉温度控制的重要性和变工况约束的必要性。
　　纳米铁粉电热分解炉按工艺要求由四段分区级联而成。纳米铁粉电热分解时各段分区温度相互耦合，目前国内工业生产纳米铁粉多凭借经验手动给定各分区温度，并无相应的温度预测技术。再者，国内生产厂商采用各分区分体单独控制器，不能协调控制，导致纳米铁粉生产线能耗居高不下，且分解炉温度控制精度低，纳米铁粉成品质量不能尽如人意。
　　为实现纳米铁粉电热分解变工况控制，本文基于吉恩镍业100吨/年纳米铁粉生产线，进行了如下研究：
　　首先，基于T-S模糊思想与自适应粒子群优化极限学习机(SAPSO-ELM)建立纳米铁粉电热分解炉变工况温度预测模型，并对该模型的预测效果进行检验，验证了该模型的准确性和泛化性。
　　其次，基于级联PID控制的基本思想，并引入增量式数字PID作为纳米铁粉电热分解炉温度控制系统的控制器，构建分解炉温度控制系统。对该系统进行仿真检验，仿真结果表明该系统具有较好的控制效果。
　　最后，分析了纳米铁粉电热分解集散控制系统（DCS）的基本结构，对本文所建立的纳米铁粉电热分解炉温度控制系统进行了软硬件设计。基于本文的研究成果，从工业生产实际应用出发，基于VC++6.0平台的MFC图形化编程开发了纳米铁粉电热分解炉温度控制软件。
　　基于T-S模糊和SAPSO-ELM建立的纳米铁粉电热分解炉变工况温度预测模型可以有效反映出分解炉工况变化情况，并对分解炉温度进行准确预测。基于级联 PID控制建立的纳米铁粉电热分解炉温度控制系统可以实现多段分区的协调控制，解决了系统各段控温耦合的问题。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 纳米铁粉国内外现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 纳米铁粉电热分解炉分析

2.1 纳米铁粉制备原理

2.2 电热分解炉工艺分析

2.3 电热分解炉温度控制技术指标

2.4 电热分解炉数据采集

2.5 小结

第3章 纳米铁粉电热分解炉温度预测模型

3.1 分解炉温度预测方案确定

3.2 基于T-S模糊的工况识别

3.3 基于SAPSO-ELM的分解炉温度预测

3.4 分解炉温度预测模型仿真验证

3.5 小结

第4章 纳米铁粉电热分解炉温度控制

4.1 分解炉温度控制方案确定

4.2 PID控制

4.3 级联PID控制

4.4 基于级联PID的分解炉温度控制

4.5 小结

第5章 纳米铁粉电热分解炉温度控制系统实现

5.1 纳米铁粉生产线DCS简介

5.2 分解炉温度控制系统实现

5.3 分解炉温度控制软件开发

5.4 小结

第6章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读学位期间研究成果