反应釜生产过程控制系统开发及模糊自适应算法研究

摘要

间歇式反应釜是化工生产中一类非常重要的反应容器，其内部化学反应机理复杂导致其具有较大的非线性和时滞性。目前生产过程大多仍采用手动或半自动控制，整体自动化水平较低。
　　 本课题以聚酯树脂生产系统为对象，主要研究反应釜温度控制。在参阅了大量资料的基础上，了解到化工行业目前使用的控制方法和将来的发展趋势，针对间歇式反应釜工艺流程、控制的难点和本控制系统的特点提出了采用监督控制系统和Smith模糊PID控制算法。此监督控制系统针对反应釜生产过程，采用基本控制层和上位控制层两层控制策略。这种系统配置模式由于采用了功能强大的通用计算机及高效的先进控制技术，辅以可靠性极高的基本控制层，保证了系统运行的效果。
　　 仿真和实验证明，本文针对本系统大滞后所提出的Smith模糊PID控制方法，应用到非线性和大滞后的间歇反应釜控制系统中能达到准确控制的目的。同时这种方法对其它具有大滞后、非线性等特点的控制对象的控制问题有一定借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 国内外反应釜控制发展现状

1.3 反应釜控制发展趋势

1.4 本文研究的主要内容

2 聚酯树脂生产流程及控制分析

2.1 反应釜的工作简介

2.2 聚酯树脂的生产流程

2.3 聚酯树脂生产控制难点

2.4 聚酯树脂生产系统的控制任务

2.5 生产系统控制指标

2.5.1 功能和精度指标

2.5.2 配备要求

2.6 反应釜模型的辨识

2.7 本章小结

3 反应釜模糊控制算法研究

3.1 总体控制方案的确定

3.2 模糊控制的发展与应用

3.3 模糊控制的特点和存在的问题

3.4 模糊自适应PID控制原理

3.5 本章小结

4 反应釜Smith模糊自适应PID的研究

4.1 纯滞后系统的Smith控制算法

4.2 模糊控制系统的基本结构

4.3 反应釜模糊控制系统的开发

4.3.1 模糊控制器的I/O变量及其模糊化

4.3.2 模糊规则的建立

4.3.3 模糊关系与模糊推理

4.3.4 模糊控制向量的反模糊化

4.3.5 实际控制量的确定

4.4 反应釜Smith模糊自适应PID建模

4.4.1 仿真工具简介

4.4.2 模糊逻辑工具箱

4.4.3 构建模糊推理系统编辑器

4.4.4 创建模糊PID控制器

4.4.5 建立Simulink模型．

4.5 Smith模糊自适应PID的仿真分析

4.6 本章小结

5 反应釜控制系统的设计

5.1 工业过程控制系统

5.2 控制系统的结构

5.3 控制系统的硬件设计

5.3.1 系统设计原则

5.3.2 控制系统的硬件选择

5.3.3 控制系统的硬件连接

5.4 系统控制软件的选择与应用设计

5.4.1 系统登陆功能

5.4.2 生产曲线查询

5.4.3 系统报警设计

5.4.4 系统报表

5.4.5 系统查询

5.4.6 参数设置

5.4.7 退出系统

5.5 控制系统的可靠性措施

5.5.1 防爆设计

5.5.2 抗干扰设计

5.6 系统控制的安装调试

5.7 本章小结

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果