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连续搅拌反应釜温度控制方法的研究

作　者: 王雪峰
导　师: 常玉清
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 连续搅拌反应釜 温度控制 神经网络广义预测控制 LM算法 QuasiNewton算法
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 251次
引　用: 1次
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内容摘要


石油化工工业是国家经济发展的支柱性产业,连续搅拌反应釜作为化工生产中实现化学反应的主要设备,其自动控制方法的研究具有非常重要的意义。在实际的化工生产过程中,反应釜的温度决定了产品的产量、质量,有时甚至影响到生产过程中的安全性。因此如何对反应釜内化学反应温度进行精确、有效的控制,显得至关重要。然而,由于温度对象具有非线性、时变不确定、大滞后、受环境温度影响大等特点,目前反应釜内的全过程温度自动控制仍是个较难解决的问题。预测控制具有对模型精度要求不高,建模方便；采用非最小化描述的模型,系统鲁棒性、稳定性较好；采用滚动优化策略,而非全局一次优化,能及时弥补由于模型失配、畸变、干扰等因素引起的不确定性；动态性能较好等优点。因此将预测控制应用于连续搅拌反应釜温度控制中,具有十分重要的理论意义与实际应用价值。本文首先在查阅大量连续搅拌反应釜温度控制相关文献的基础上,简述了反应釜中生产过程的相关概念；深入分析了反应釜工艺流程及重要参数的监测与控制情况；完成了控制系统下位机程序设计并实现了上位的机监控功能；同时建立了上位机监控软件WinCC与MATLAB之间的通讯,使得复杂控制算法的实现成为了可能。另外,针对反应釜温度控制对象的复杂性,本文在分析了反应釜内温度特性的基础上,研究了神经网络广义预测控制在连续搅拌反应釜温度控制中的应用。提出了基于LevenbergMarquar-QuasiNewton的改进优化算法,使原有的梯度下降优化算法收敛速度慢的缺点得以改进,并克服了改进的LM (LevenbergMarquar)优化算法由于算法近似所带来的大残量、算法收敛速度慢、稳定性差等问题。而后对反应釜温度模型进行了仿真研究,得到了令人满意的控制效果。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 连续搅拌反应釜工艺简介  10-13
    1.1.1 连续搅拌反应釜的基本结构  10-11
    1.1.2 连续搅拌反应釜工作原理  11
    1.1.3 连续搅拌反应釜温度控制方案  11-13
  1.2 反应釜的动态特征  13-16
    1.2.1 温度对反应速度的影响  13
    1.2.2 反应釜温度动态方程  13-15
    1.2.3 冷却剂流量对釜内温度的传递函数  15-16
  1.3 连续搅拌反应釜温度控制难点  16-17
  1.4 国内外连续搅拌反应釜控制技术的研究现状  17-19
  1.5 本课题的研究内容  19-20
第二章 广义预测控制算法与BP网络辨识  20-32
  2.1 广义预测控制算法  20-25
    2.1.1 预测控制的基本原理  20-23
    2.1.2 广义预测控制算法实现  23-25
  2.2 神经网络辨识  25-30
    2.2.1 神经网络辨识的理论依据  25-26
    2.2.2 神经网络辨识的内容和步骤  26-27
    2.2.3 BP神经网络算法  27-30
    2.2.4 引入动量项的误差反向传播算法  30
  2.3 本章小结  30-32
第三章 反应釜温度的神经网络广义预测控制  32-48
  3.1 连续搅拌反应釜温度特性  32-33
  3.2 神经网络预测控制  33-36
  3.3 基于LM-QuasiNewton的滚动优化改进算法  36-43
    3.3.1 梯度下降法  37-38
    3.3.2 LM-QuasiNewton综合算法  38-42
    3.3.3 基于LM-QuasiNewton的滚动优化改进算法  42-43
  3.4 仿真比较  43-46
  3.5 本章小结  46-48
第四章 反应釜内化学反应过程监控系统设计  48-64
  4.1 下位机程序设计  48-54
    4.1.1 S7-300简介  48-50
    4.1.2 下位机程序设计  50-54
  4.2 监控画面设计  54-57
    4.2.1 WinCC组态软件介绍  54
    4.2.2 WinCC与S7-300之间通讯的实现  54-55
    4.2.3 监控画面的设计  55-57
  4.3 WinCC与MATLAB的OPC通信  57-63
    4.3.1 OPC技术简介  58-59
    4.3.2 OPC和DDE的比较  59
    4.3.3 WinCC与MATLAB的OPC通信的建立  59-60
    4.3.4 WinCC与MATLAB的OPC网络通讯的应用举例  60-63
  4.4 本章小结  63-64
第五章 结论与展望  64-66
参考文献  66-70
致谢  70-72
攻读硕士期间参与的科研项目  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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