黄河泥沙分离控制系统的研究

摘要

许多技术方法用于固液分离过程，但黄河泥沙分离过程作为典型的复杂工业过程，至今没有一套完整有效的分离方法。此分离过程具有非线性、大时滞、时变、干扰大等特点无法建立精确的数学模型。多年来国内外分离界采用的传统的控制方法(开环或闭环)以及计算机控制系统也很难适应于广泛的各种分离物料的分离过程，其分离效果也不是十分的理想。而近几年来模糊控制的发展以及在工程应用中取得的大量成效，为分离界的智能控制提出了一个新的分离控制思路。 本文首先系统的介绍了离心沉降分离技术的原理，特别介绍了分离物料在卧螺离心机内的分离原理以及影响分离效果的内部和外部因素，为采用模糊控制代替传统的分离控制奠定了理论基础；其次，对模糊控制器的特点进行详细的剖析，将其与黄河泥沙分离工程的特点进行融合，取长补短，找到它们的切合点，提出了基于GA的最优的模糊控制器的设计方法，然后采用遗传算法来优化模糊控制器的查询表，缩短系统控制的调节时间。 本文通过泥沙离心分离的输入参量和输出参量的关系进行在线辨识，获得分离系统模拟模型，在此基础上对分离控制系统进行MATLAB仿真实验。仿真实验中采用模拟对象仿真模型，主要为等效二阶系统模型加一些非线性环节，然后对仿真模型进行PID控制、模糊控制以及基于GA的模糊控制，比较三者的控制动静态特性，由于基于GA的模糊控制无超调和调整时间短，证明了其控制特性优于前二者。我们采用了遗传算法的二进制编码方式直接搜索系统空间，并优化控制查询表的参数，能生成具有很好控制特性的模糊控制器，克服了传统模糊控制器查询表参量固定不变的缺点。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1分离技术概述

1.2固液分离技术的发展趋势

1.2.1国内分离技术的发展趋势

1.2.2国外分离技术的发展趋势

1.3.高含沙量的黄河泥沙分离的概述

1.4.离心分离控制的发展状况[9，10，11，12]

1.5泥沙分离控制方法的选择

第2章离心沉降原理及离心分离设备

2.1离心沉降分离技术的原理

2.1.1离心沉降(Centrifugal Sedimentation)分离原理

2.1.2螺旋卸料沉降离心机分离原理

2.2螺旋卸料沉降离心机(Scroll Discharge Screen Centrifuge)

2.3卧式螺旋卸料沉降离心机的主要结构

2.3.1转鼓

2.3.2螺旋卸料器(输送器)

2.3.3过载保护装置

2.3.4差速器

2.3.5溢流堰

2.4卧式螺旋卸料沉降离心机的生产能力

2.5影响离心机分离效果的主要因素[2，4，25，，26，27]

第3章黄河泥沙分离模糊控制系统设计

3.1泥沙离心分离过程的数学模型

3.2黄河泥沙离心分离过程的控制系统

3.3分离最优化的设计

3.3.1最优模糊控制器设计

3.3.2遗传优化算法的设计

3.3.3遗传算法的实现

第4章仿真实验与研究

4.1 SIMULINK模块的功能和特点

4.2基于GA的模糊控制特性的仿真研究

4.2.1传统PID控制特性

4.2.2模糊控制特性

4.2.3基于遗传算法的模糊控制特性

第5章现场生产情况与研究结果的分析比较

第6章结论与展望

主要符号表

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果