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基于分层控制策略的回转窑过程控制系统的设计

作　者: 蔡建华
导　师: 高宪文
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 回转窑多尺度因子分析系统辨识分层变论域模糊控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 38次
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内容摘要

回转窑在水泥、石灰石和一些有色金属生产中占有重要地位,用来对化工原料、矿石、中间产物进行焙烧等加热处理。我国也是世界上使用回转窑数量最多的国家。煅烧带温度是回转窑过程控制中最重要的参数之一,提高回转窑煅烧带温度的控制精度对于改善产品质量、节约能源、降低生产成本都有重要意义。回转窑煅烧过程是一个复杂过程,具有大惯性、纯滞后、强耦合、非线性等特点,难以建立精确的数学模型。回转窑过程也具有多尺度特征,如火焰温度、煤气流量等变化较快较频繁,而进料量则相对稳定,这几个变量处于不同的时间尺度。本文采用一种多尺度因子分析的方法,结合实际生产数据,把回转窑系统划分成多层次下的多个独立回路。同时,本文也采用系统辨识的方法,根据大量历史数据辨识出回转窑系统的多个子系统的传递函数模型,并应用到仿真研究中。回转窑过程控制系统复杂多变,使用传统的PID控制器的控制效果不好。而模糊控制器是在综合专家经验知识的基础上设计的,不要求有精确的控制对象数学模型。在模糊控制系统中,当模糊化方法和模糊决策方法选定时,选取适宜的模糊控制规则就能实现对该控制系统的良好控制。本文同时借鉴一种“可变论域”的思想,在模糊规则不变的前提下,论域随着误差变化而伸缩偏移。本文采用模糊控制方法设计一个多层次的复合控制系统,通过大量的仿真研究表明,该控制器实现了不同时间尺度下多变量的控制,当控制对象发生大的参数变化时,通过调节论域范围而实现稳定控制,控制精度较传统控制器有一定提高。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题研究背景和意义  10-11
  1.2 回转窑过程建模方法及其研究历史与现状  11-14
    1.2.1 过程建模方法  11-13
    1.2.2 回转窑过程建模的研究  13-14
  1.3 回转窑过程控制方法研究历史与现状  14-19
    1.3.1 回转窑过程控制的研究  14
    1.3.2 回转窑过程控制方法  14-17
    1.3.3 分层控制策略的研究  17-19
  1.4 本文主要工作  19-20
第2章回转窑概述  20-26
  2.1 回转窑结构及工艺过程简介  20-22
    2.1.1 回转窑结构  20-21
    2.1.2 回转窑工艺过程  21-22
  2.2 回转窑工艺特点及控制要求  22-24
    2.2.1 回转窑工艺特点  22-23
    2.2.2 回转窑温度控制要求  23-24
  2.3 回转窑过程温度控制系统及其存在的问题  24-26
    2.3.1 回转窑温度控制系统  24-25
    2.3.2 回转窑温度控制方面存在的问题  25-26
第3章回转窑分层控制系统的独立回路划分及建模  26-40
  3.1 回转窑分层控制系统独立回路划分  26-33
    3.1.1 划分依据——多尺度因子分析  26-32
    3.1.2 子系统划分  32-33
  3.2 线性系统的模型辨识  33-36
    3.2.1 离散系统的模型辨识  33-34
    3.2.2 连续系统的模型辨识  34-35
    3.2.3 系统模型的相互转换  35-36
  3.3 基于MATLAB系统辨识工具箱的子系统建模  36-40
    3.3.1 MATLAB辨识工具箱  36-37
    3.3.2 数据处理及模型建立  37-40
第4章基于分层控制策略的回转窑过程控制系统的设计  40-60
  4.1 回转窑过程控制系统层次划分  40
  4.2 模糊控制理论  40-48
    4.2.1 模糊理论及其基本概念  40-43
    4.2.2 模糊控制器原理  43-45
    4.2.3 变论域模糊控制器  45-48
  4.3 控制系统设计  48-60
    4.3.1 控制系统总体设计  48-49
    4.3.2 工况匹配控制器设计  49-51
    4.3.3 协调控制器设计  51-53
    4.3.4 子系统控制器设计  53-60
第5章回转窑过程控制系统的仿真研究  60-68
  5.1 基于MATLAB的模糊控制器仿真研究  60-62
  5.2 控制系统仿真研究  62-68
第6章结论与展望  68-70
参考文献  70-74
致谢  74

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