预测控制在啤酒糖化温度控制中的研究与应用

摘要

从80年代初至现在，经过近20多年的快速发展，中国啤酒工业已经取得了令人瞩目的成就。不仅在产量方面跃居世界第二位，而且在质量、技术、装备水平等方面也都有了较大幅度的提高，充分显示了我国啤酒工业强劲的发展势头。但是，同世界先进技术相比，我国啤酒行业还存在一定差距。尤其是自动化控制水平低，产品质量不稳定。 为此，本文从工程实际出发，以某啤酒厂生产流程中的糖化工艺温度控制为研究对象，研究并设计啤酒糖化温度控制系统，以提高糖化温度控制水平。糖化工艺中温度控制对象存在大惯性滞后，而且工艺要求实际温度无超调地快速跟踪工艺曲线并能快速的抑制干扰，常规的控制算法难以满足这些要求。在控制算法的选择上，首先分析了预测控制中动态矩阵控制算法的特点，论证了采用动态矩阵控制算法对温度实施控制的可行性。为了优化工艺曲线跟踪速度，对该控制方法进行改进，将动态矩阵控制与Bang-Bang控制相结合，设计了复式最优控制算法。仿真结果表明，该控制方法与常规PID控制和单纯动态矩阵控制相比既具有较快的随动跟踪性能和较高的精度又无超调，而且在抗扰动性能上优于常规PID控制，还可以在满足工艺要求的同时缩短糖化时间。最后对啤酒糖化温度控制系统的软硬件进行了设计，实现了啤酒糖化温度的自动控制。该系统实现方法简单，不仅具有重要的理论意义，而且有很高的使用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2啤酒酿造过程简介

1.3国内外啤酒糖化工艺技术概况

1.4啤酒糖化温度控制技术的难点

1.5预测控制研究概况

1.6本文的主要研究内容

第2章预测控制的基本理论

2.1预测控制基本原理

2.1.1预测模型

2.1.2滚动优化

2.1.3反馈校正

2.2动态矩阵控制

2.2.1预测模型

2.2.2反馈校正

2.2.3滚动优化

2.2.4 DMC系统的内模控制结构

2.2.5 DMC系统的闭环系统特性

2.2.6 DMC的主要特征和优点

2.3几种特定条件下的DMC算法

2.3.1有约束动态矩阵控制

2.3.2线性多变量系统动态矩阵控制

2.3.3时滞系统的动态矩阵控制

2.4本章小结

第3章啤酒糖化温度控制算法设计

3.1啤酒糖化温度控制对象描述

3.1.1糖化工艺参数介绍

3.1.2啤酒糖化温度对象描述

3.2啤酒糖化温度控制算法设计

3.2.1常规数字PID控制

3.2.2时间最优的Bang-Bang控制

3.2.3复式最优控制算法

3.3糖化温度控制系统仿真

3.3.1参数选择

3.3.2仿真结果

3.4本章小结

第4章控制系统设计

4.1啤酒糖化控制系统硬件组成

4.2啤酒糖化控制系统软件实现

4.2.1通信模块程序设计

4.2.2控制算法程序设计

4.3本章小结

第5章结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢