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闪蒸干燥机控制系统的设计与温度控制方法的研究

作　者: 刘祥博
导　师: 常玉清; 刘志学
学　校: 东北大学
专　业: 控制工程
关键词: 闪蒸干燥机 PID控制 BP神经网络 Smith预估控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

节能、降耗,提高企业经济效益是现代企业的追求目标,在这样的背景下冶金、化工、医药、环保等行业大量使用干燥机。目前干燥过程多采用手动控制或常规PID控制方式,这些控制方式对于小型化、单机生产时可以满足要求,但对于大型设备或干燥机与其他设备配合组成一个大型生产系统时,这种控制方式则显得力不从心。随着干燥机日益向大型化、集成化、连续化、复杂化方向发展,对过程控制的品质提出了更高的要求。建筑石膏粉干燥煅烧系统是闪蒸干燥机的一个比较典型的应用实例,其特点是干燥与煅烧一步完成。因此本文对建筑石膏粉干燥煅烧控制系统进行设计,并着重对其主要控制指标——干燥机入口温度的控制方法进行深入探讨。本文首先介绍了闪蒸干燥机的发展历史及特点,阐述了干燥机基本结构原理,以及石膏干燥煅烧工艺。然后根据旋转闪蒸干燥的工作原理、工艺设计和设备组成,结合干燥物料的特性,对石膏干燥煅烧控制系统进行总体设计,包括上位机和下位机的硬件组态、软件编程。对PLC中开关量的控制、模拟量的过程控制做了详细的设计,并设计了WinCC过程画面,组态报警记录、趋势曲线、打印报表等。在设计了干燥机PLC控制系统的基础上提出了对现有常规PID控制方法的改进。首先利用BP神经网络对干燥机入口温度控制系统建模。闪蒸干燥机入口温度系统是一个多变量、非线性、慢时变的纯滞后系统,试图建立它的精确模型是比较困难的,而传统的控制方式多以精确的数学模型为基础。本文在总结比较国内外已有的干燥机控制方法的基础上,提出了基于神经网络控制与Smith预估控制相结合的干燥机温度控制方法,并对该方法的控制器进行了设计与仿真。本文提出的Smith神经网络控制方法较好地实现了干燥机入口温度的控制,这种控制器吸取了神经网络与传统控制方法的优点,利用神经网络精确建模的能力以及自适应、自学习的能力、以及Smith克服系统滞后的优势,实现了神经网络与传统控制方法的有效结合,对于工业过程中普遍存在的大时滞对象的控制有理论指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 闪蒸干燥机简介  10-13
    1.1.1 闪蒸干燥机的发展及优点  10
    1.1.2 闪蒸干燥机的基本结构原理  10-13
  1.2 石膏干燥系统工艺简介  13-16
    1.2.1 石膏干燥系统工艺  13-14
    1.2.2 干燥系统的热量计算  14-16
  1.3 干燥机控制系统的特点及发展趋势  16-18
  1.4 本文的主要研究内容  18-20
第2章控制系统设计  20-44
  2.1 控制系统总体结构  20-24
    2.1.1 硬件构成  20-22
    2.1.2 软件构成  22-24
  2.2 PLC控制系统设计  24-34
    2.2.1 开关量控制  25
    2.2.2 模拟量的输入/输出  25-27
    2.2.3 过程控制  27-30
    2.2.4 PID控制在PLC中的实现  30-34
  2.3 上位机程序设计  34-41
    2.3.1 组态变量  35
    2.3.2 创建过程画面  35-39
    2.3.3 报警及报警记录  39-40
    2.3.4 数据采集与历史趋势  40
    2.3.5 打印报表  40-41
    2.3.6 使用权限  41
  2.4 上位机与下位机PLC的通讯  41-44
第3章干燥机入口温度控制方法研究  44-64
  3.1 干燥机入口温度模型的建立  44-54
    3.1.1 BP神经网络的算法原理  45-50
    3.1.2 模型的建立  50-54
  3.2 现有温度控制方法分析  54-56
  3.3 新方法的提出及控制器的设计  56-64
    3.3.1 单神经元自适应PID控制器  57-61
    3.3.2 Smith神经网络控制器  61-64
第4章控制系统仿真  64-70
  4.1 单神经元PID控制器的建立  64-66
  4.2 建立仿真模型  66
  4.3 仿真结果及结论  66-70
第5章结论与展望  70-72
参考文献  72-74
致谢  74

闪蒸干燥机控制系统的设计与温度控制方法的研究

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