模糊-串级控制在换热器温度控制系统中的应用

摘要

换热器作为一种标准工艺设备已经被广泛应用于动力工程领域和其他过程工业部门。以工业上常用的列管式换热器为例，热流体和冷流体通过对流热传导达到换热的目的，从而使换热器物料出口温度满足工业生产的需求。但由于目前制造工艺的限制，控制方式的单一性，换热器普遍存在控制效果差，换热效率低的现象，造成能源的浪费。如何提高换热器的控制效果，提高换热效率，对于缓解我国能源紧张的状况，具有长远的意义。
　　 本文第一部分首先通过对现阶段换热器出口温度控制的特点进行分析，从而发现了制约控制效果进一步提高的瓶颈，为下一步改善换热器的控制效果提供了理论依据。本课题所依托的实验设备是北京化工大学过程设备与控制多功能试验台，要完成换热器过程控制实验，需要对现有的设备进行必要的安装调试，使之符合实验的要求。在本文第二部分即给出了过程设备与控制多功能试验台的详细介绍和调试方案。第三部分根据实验设备、控制流程的特点对换热器温度控制系统建立数学模型。第四部分中，根据上一章所建立的数学模型，联系换热器温度控制的特点，给出了相应的控制策略，即带Smith预估补偿的模糊串级控制方案。主回路采用Smith预估补偿的模糊控制算法，副回路采用模糊PID控制算法，并在理论上验证了其可行性。第五部分，在过程设备与控制多功能实验台上进行了换热器流量的模糊PID控制实验，并将其应用于换热器出口温度串级控制系统副回路，进行温度的跟踪实验，对实验结果进行了分析。最后给出了实验结论。

目录

文摘

英文文摘

学位论文数据集

第一章 绪论

1.1 工业过程控制概述

1.1.1 工业过程控制的特点

1.2 换热器过程控制概述

1.2.1 提高换热器控制效果的重要意义

1.2.2 换热器过程控制现状

1.3 课题来源及主要任务

1.3.1 课题来源

1.3.2 课题的主要任务

第二章 实验设备

2.1 过程设备与控制多功能综合实验台简介

2.1.1 过程设备与控制多功能综合实验台流程图

2.1.2 过程设备与控制多功能综合实验台控制台示意图

2.1.3 换热器温度控制实验系统检测参数

2.1.4 主要技术指标

2.2 实验测试与控制系统

2.2.1 数据采集

2.2.2 数据处理与传

2.2.3 执行机构

第三章 换热器温度控制系统数学模型

3.1 建模的总体思路

3.2 换热器模型分析

3.2.1 系统组成

3.2.2 换热器特性分析

3.3 离心泵控制模型

3.3.1 系统组成概述

3.3.2 离心泵的动态特性

第四章 换热器过程控制系统分析和控制方案设计

4.1 换热器过程控制系统分析

4.1.1 控制系统方案选取

4.1.2 换热器出口温度串级控制的工作过程

4.2 控制模型的选择

4.2.1 副回路控制模型的选择

4.2.2 主回路控制模型的选择

第五章 换热器过程控制实验研究

5.1 实验内容

5.2 换热器流量控制系统实验研究

5.2.1 实验方案预期

5.2.2 模糊控制理论

5.2.3 模糊PID控制算法的头现

5.2.4 实验过程

5.2.5 实验结果分析

5.3 换热器温度串级控制系统实验研究

5.3.1 实验预期

5.3.2 Smith-Fuzzy串级控制算法实现

5.3.3 实验过程

5.3.4 实验结果

5.3.5 实验结果分析

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 实验应用前景展望

参考文献

附录

研究成果及发表的学术论文

致谢

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书