丙烯腈聚合物含水软测量的研究

摘要

针对我厂聚合物烘干机出口物料含水值控制存在滞后大、控制质量差，不能形成实时闭环的控制系统，从而制约了烘干机稳定高速生产以及严重影响了产品质量的问题，本文详细论述了一种物料含水在线软测量和控制系统的设计开发及应用过程。
　　 在建立该系统的数学模型时，首先确定最小二乘法参数估计理论作为建立数学模型的理论基础。由于最小二乘法参数估计理论只适用于线性系统的数学模型参数估计，而本文所涉及的烘干机系统属于非线性系统，因此在工艺稳态点附近对该烘干机系统进行了近似线性化。在数据采集处理时，对所有要采集的数据首先进行滤波处理，然后采用标度变换和错误数据剔除等处理方法，在一定程度上消除了各种误差因素。为了消除系统纯滞后的影响，在数据采集时采用了时间差取数方式；为了提高参数估计的精度，在对工艺机理分析的基础上，对部分相关数据进行了计算合并，降低了矩阵方程的维数。
　　 系统数学模型在线运行时，同样是对所有参与运算的数据进行滤波处理和标度变换以及数据侦探等处理，消除了各种误差因素。为了消除系统纯滞后影响，模型在线运行时采用了数据延时方式。为了提高软测量结果的精度，采用了每日一次自适应模型校正方法。
　　 在开发控制系统时，采用了一种间歇PID控制方案。利用在线软测量的数据结果作为测量值，然后与物料含水设定值进行比较，根据PID控制规律调整於浆供料泵转速，达到实时控制物料含水值的目的。为了消除系统纯滞后影响，采取时间补偿的方式，即采用间歇控制方式，也就是控制器工作一段时间T1以后，控制器保持当前输出状态不变，延时等待T2时间后再进行下一个循环周期。该系统的自动调节是在人工调整基础上进行的，因此对其控制增量信号和原来手动控制信号进行了叠加处理。
　　 通过对该软测量和控制系统的开发研究，实现了烘干机物料含水值的在线测量和实时控制，使烘干机产品质量和产量得到较大提高。为了进一步提高软测量精度和控制效果，本文最后指出了今后的研究方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章工艺设备简介

1.1概述

1.2相关工艺流程

1.3聚合物烘干机

1.3.1烘干机结构

1.3.2烘干机工作原理

1.3.3影响烘干效果因素

1.4目前生产现状

1.4.1国内生产现状

1.4.2目前控制方案

1.4.3工艺化验参数及化验周期

1.5 I/A DCS系统简介

1.5.1历史库

1.5.2模块参数

1.5.3模块执行

1.5.4计算功能块

1.5.5其它部分普通功能模块

1.6小结

第2章当前软测量和控制技术发展概况

2.1软测量技术介绍

2.2最小二乘法原理介绍

2.2.1最小二乘法参数估计原理

2.2.2实际应用问题

2.3控制技术概况

2.4小结

第3章烘干机系统数学模型的建立

3.1烘干机系统模型建立条件分析

3.1.1烘干机数学模型因素分析

3.1.2模型建立假设条件

3.1.3模型建立方法确定

3.1.4在稳态点附近对系统进行线性化

3.2数据采集处理

3.2.1系统纯滞后考虑

3.2.2确定入口物料量

3.2.3数据采集

3.2.4数据处理

3.2.5运用工艺机理，进行数据合并

3.3烘干机系统数学模型结构

3.3.1系统稳态工作点确定

3.3.2模型结构形式

3.4参数估计MATLAB程序设计

3.4.1大量数据输入

3.4.2参数估计程序设计

3.4.3部分变量定义值

3.4.4结果输出

3.5烘干机系统模型分析

3.5.1参数收敛性分析

3.5.2模型精度验证

3.5.3数学模型的误差因素分析

3.6小结

第4章烘干机系统数学模型在线运行

4.1数据处理

4.1.1消除数据随机误差

4.1.2消除数据过失误差

4.1.3数据标度变换

4.1.4系统滞后数据处理

4.2烘干机数学模型运行

4.2.1温度差值△ti(i=1～4)的计算

4.2.2烘干机入口物料量ωin的计算

4.2.3数学模型参数处理

4.2.4软测量结果计算

4.2.5软测量运算部分程序

4.3烘干机数学模型校正

4.3.1输出P矩阵和K矩阵结果

4.3.2矩阵移植，实现矩阵运算

4.3.3数据预储存允许条件

4.3.4实现数据预储存

4.3.5计算允许条件

4.3.6递推运算，模型校正

4.4递推运算程序设计

4.4.1 CALC_PX程序

4.4.2 CALC_XPX程序

4.4.3 K矩阵计算程序

4.4.4 CALC_KX程序

4.4.5 MTR_P矩阵程序

4.4.6 CALC_XS程序

4.4.7 S矩阵程序

4.5运行结果检验

4.5.1实际运行效果

4.5.2误差原因分析

4.6小结

第5章烘干机出口物料含水控制系统开发

5.1原控制方案

5.2新控制方案

5.2.1确定控制规律

5.2.2纯滞后问题解决

5.2.3间歇式PID控制器实现

5.3新控制方案实施

5.3.1控制作用形式选择

5.3.2给定值的跟踪问题

5.3.3控制回路的手动/自动切换方式

5.3.4 PID模块输出信号增量转换

5.3.5间歇工作方式实现

5.3.6增量信号与HIC信号叠加

5.3.7控制系统模块整体关系

5.4 PID参数调整

5.5控制效果检验

5.5.1效果检查

5.5.2控制方案特点

5.6小结

第6章总结与展望

6.1结论

6.2存在问题

6.3下一步研究方向

参考文献

附录

攻读工程硕士学位期间发表论文

致谢