基于混合逻辑动态模型的工业有机废气处理控制技术

摘要

工业有机废气是大气污染的主要来源之一，目前解决工业废气污染的方法有很多种，其中利用流向变换技术和催化燃烧技术相结合的处理方法是比较常见的方法之一，在发达国家已经形成了工业化。随着该技术的普遍应用，对于其相关的理论研究也逐渐引起学者们的注意，但到目前为止，相关的文献数量并不是很多，尤其是对该过程的控制技术，更是很少提及。本文针对该过程具有混杂系统的特征，从一个新的角度来描述整个废气处理过程，首先建立了系统的混合逻辑动态(MLD)模型，接着提出了对系统采用预测控制算法，最后在文章末尾介绍了一个在实际工业现场实现了的PLC控制系统。 本文的主要内容如下： 1.首先介绍了利用流向变换催化燃烧反应技术处理工业有机废气的工艺流程及其特点，并简要概述了目前用于该过程的主要控制技术。 2.结合混杂系统的特点分析流向变换反应器处理废气的过程，提出用描述混杂系统的混合逻辑动态模型来描述该过程。介绍了建立混合逻辑动态模型的理论基础，并以分段线性动态系统和分段线性输出函数系统为例介绍了建模的步骤及其主要思想，最后介绍了基于混合逻辑动态模型的预测控制算法。 3.目前所查阅到的文献中，在采用基于过程机理模型对过程进行控制时，大多将流向变换器的换向周期假定为某一固定值，然而在工业现场中这种方法不切合实际。事实上，调整换向周期是改变整个过程动态行为的一个重要手段。本文对现有的流向变换催化燃烧过程半周期机理模型进行简化和整理，结合混合逻辑动态模型的建模方法，建立了一种全周期内废气处理过程MLD模型。仿真结果表明，模型可以反映过程的动态特征。但由于简化过程中将过程的轴向温度传递和物质传递忽略掉，使得模型的准确性不如原机理模型，这是模型简化的代价。 4.提出了采用预测控制算法的控制方案，并给出了过程的性能指标函数。针对这样的控制方案和系统的特点提出了实现控制系统的硬件组成方案。然而，在实际的工业现场应用当中，由于客观条件的限制等种种原因，未能将该系统全部应用到现场，而是采用了较为简单易实现的PLC控制系统。本文以胶粘品制造生产过程的环保设备为例，详细介绍了流向变换催化燃烧反应器的PLC控制系统。现场记录的运行数据表明，该系统运行效果良好，可以达到净化废气的目标。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1工业有机废气存在的现状及其处理方法

1.2流向变换催化燃烧反应技术处理有机废气

1.2.1废气处理的工艺过程及其特点

1.2.2流向变换反应器控制技术发展概况

1.3从混杂系统的角度分析废气处理过程

1.3.1混杂系统的定义及其特征

1.3.2废气处理过程的混杂系统特征

1.4本文的主要内容

第二章混合逻辑动态系统

2.1引言

2.2混合逻辑动态系统

2.2.1命题计算与线性整数规划

2.2.2混合逻辑动态系统的描述

2.3混合逻辑动态系统的建模

2.3.1分段线性动态系统

2.3.2分段线性输出函数系统

2.3 MLD系统的稳定性分析

2.4 MLD系统的预测控制

2.4.1预测控制

2.4.2 MLD系统的优化问题

2.4.3 MLD系统的预测控制

2.5 MIQP解题器

2.6本章小结

第三章流向变换反应器处理废气过程的MLD模型

3.1引言

3.2废气处理过程的机理模型

3.3机理模型的简化和整理

3.3.1机理模型的简化

3.3.2气体从A流向B的动态模型

3.3.3气体从B流向A的动态模型

3.3.4关于状态变量的说明

3.4建立系统MLD模型

3.4.1换向条件的确定与探讨

3.4.2模型的建立

3.5仿真及结果分析

3.6本章小结

附录 本章符号说明

第四章流向变换催化燃烧反应器控制系统设计

4.1控制方案的总体设计

4.2控制系统的硬件构成及其结构设计

4.3 PLC控制系统的实现

4.3.1 PLC控制系统

4.3.2控制方案制定

4.3.3控制系统的结构设计

4.3.4系统的程序设计

4.3.5系统的控制效果

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1本文内容总结

5.2进一步的研究与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目