清漆生产过程建模与控制仿真研究

摘要

化学反应釜是制药、合成材料、油漆、燃料等化工生产过程中应用非常广泛的设备，在反应装置中占有重要的地位。反应釜控制系统中最重要的参数是反应温度，温度的控制品质直接影响产品质量和产量。同时反应过程中伴随有大量的吸、放热现象，具有大滞后、时变、非线性、反应机理复杂等特点。现在一般的常规控制达到理想的控制要求是很难实现的。目前自动控制领域专业技术人员提出了多种可行的控制方案，满足了生产过程的基本要求，但有些温度控制方案并没有充分发挥控制装置和控制系统的潜力，在控制性能方面存在很大的改善空间。
　　论文结合某化工厂清漆生产过程，设计了集散控制系统的总体结构，并对间歇式反应釜进行了模型建立和控制方法的研究。首先，通过对反应釜温度变化的特点以及控制难点的研究，在对反应釜夹套加热系统的传热原理分析的基础上，根据热量平衡原理和反应釜的热量传递关系，采用机理建模的方法建立了釜内温度的数学模型，并利用工程数据和理论分析验证了模型的有效性。
　　最后，具体介绍了一种预测函数控制方法。并针对间歇式反应釜的机理模型和实际控制要求，设计了一种预测函数控制器，同时把传统PID控制和设计的预测函数控制策略进行比较仿真分析和讨论。实验结果表明，与常规单回路控制方案相比，新型控制方法提高了系统的鲁棒性和适应性，较好的解决了反应釜温度控制的难题，对其他类似的被控对象的控制问题有一定的参考价值。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 间歇式反应釜温度控制难点

1．3 反应釜建模和控制研究现状

1．3．1 控制策略研究现状

1．3．2 数学建模研究现状

1．4 本文的主要工作和结构安排

第2章 间歇式反应釜控制系统设计

2．1 反应釜清漆生产工艺流程

2．1．1 清漆生产总体工艺流程

2．1．2 间歇反应釜生产工艺流程

2．2 间歇式反应釜的系统结构

2．3 间歇式反应釜的监控系统

2．3．1 控制系统硬件结构

2．3．2 控制系统软件实现

2．4 本章小结

第3章 反应釜温度对象建模

3．1 建模方法讨论

3．2 反应釜工艺机理分析

3．3 反应釜温度动态方程

3．3．1 温度对反应速度的影响

3．3．2 夹套冷却过程的动态方程

3．3．3 动态方程的线性化

3．4 本章小结

第4章 预测控制的基本理论

4．1 预测控制概述

4．1．1 预测控制的发展现状

4．1．2 预测控制的基本原理

4．2 预测函数控制概述

4．2．1 预测函数控制的发展

4．2．2 预测函数控制的基本原理

4．3 典型工业过程的预测函数控制

4．3．1 一阶环节的预测函数控制

4．3．2 二阶环节的预测函数控制

4．4 本章小结

第5章 反应釜温度的预测函数控制

5．1 反应釜温度控制的PFC算法

5．1．1 基函数和参考轨迹的选择

5．1．2 预测模型

5．1．3 目标函数及控制量计算方程

5．1．4 工程实现问题及处理方法

5．2 预测函数控制方法的参数选取

5．2．1 采样周期T

5．2．2 参考轨迹柔化因子α

5．2．3 优化时域拟合点个数ns和拟合点上的数值hi

5．2．4 参数调节与闭环控制性能的关系

5．3 反应釜温度控制系统仿真研究

5．4 本章小结

第6章 结束语

参考文献

致谢