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智能控制策略在两个工业过程中应用研究

作　者: 陶睿
导　师: 朱学峰
学　校: 华南理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 智能控制印染温度控制 PID控制浊度控制内模控制 MFA控制粒子群算法优化
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在现代的工业控制过程中,大部分被控对象都越来越倾向于大型化、连续化、非线性化、复杂化以满足越来越高的工艺要求。这些复杂的过程,大多数都可用一阶惯性加时滞环节来近似表示。针对这些难控的大惯性时滞过程,寻求一种高效、精确的控制策略是国内外专家研究的热点内容。本论文主要是根据现有的科技项目,进行了相关大惯性时滞对象的比较深入的研究。印染行业温度控制是印染工业中的一个重要环节。根据对印染厂染缸的飞升曲线的采集、处理得到了印染温控过程是个大惯性、小时滞环节,并且是个多干扰、不确定、时变的复杂被控对象。印染温控的主要难点问题就是响应的快速性和超调量产生之间的矛盾。为使印染对象达到强鲁棒性和高适应性的要求,在本文中,采取了一些改进的PID控制策略,主要有积分分离PID、改进微分PID、非线性PID和仿人智能PID等控制策略,并进行了相关的仿真研究和比较分析。结果表明,智能化PID控制策略在印染工业的温控过程中具有一定的研究价值和应用前景。自来水厂混凝投药过程为一典型的大时滞过程。根据我们在水厂的观察和进行有关实验,深深体会到城市供水中的混凝投药过程是一个大惯性、大时滞、非线性、时变及干扰多的难控对象,许多先进的控制方法目前均无法真正用于实际控制。而基于内模控制的PID控制器,只有一个可调参数,且该参数直接与系统的闭环响应速度和回路的鲁棒性有关,克服了常规PID控制参数整定复杂的缺点,易于为工程技术人员所掌握。文章把IMC-PID控制器应用在该对象上,仿真结果表明可以取得较理想的控制效果。另外,本论文还采用了基于无模型自适应控制(MFA)技术,并应用在佛山沙口水厂中试装置的待滤水浊度控制中。所进行的控制实验系统地比较了纯反馈控制、单前馈-反馈控制和双前馈-反馈控制策略的控制效果。实验结果表明,双前馈-反馈控制技术具有更好的控制性能。可使系统在各种随机干扰下,使待滤水浊度变化很小(控制精度达±0.35NTU),完全可以满足工艺要求。混凝投药的智能控制的研究,可以使水厂的生产过程节约人力、药品投加量等,减小生产成本,提高生产率。那么,要想全面的节约生产成本,就需要对整个水厂的生产流程进行优化运行控制。关于大惯性大时滞对象的优化控制的研究,就是以自来水厂水处理流程为研究对象,综合各个处理环节建立数学模型和约束条件,利用粒子群优化算法(PSO),使资源合理优化配置,获得更高生产效益。并且针对于在标准PSO算法中,惯性因子w随着时间线性减小,使得收敛速度在搜索后期降低,从而影响了算法的全局收敛性能的问题,提出了一种新的PSO算法。在新算法中,把惯性因子w的线性变化函数改为了以e为底数的指数函数。计算结果表明,改进后的PSO算法收敛速度快、效率高,有更好的优化效果。该算法的研究为项目后续工作的进行提供了很好的参考价值。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-18
  1.1 引言  12
  1.2 本课题的研究背景及研究意义  12-13
  1.3 国内外研究现状  13-16
    1.3.1 印染温控系统国内外研究状况  13-14
    1.3.2 混凝投药系统国内外研究状况  14-15
    1.3.3 水处理优化系统国内外研究状况  15-16
  1.4 章节安排及内容概述  16-18
第二章被控对象特性测取  18-29
  2.1 引言  18
  2.2 被控对象动态特性的测取方法  18-21
    2.2.1 两点交叉法  18-20
    2.2.2 开环辨识法  20-21
  2.3 项目被控对象的测取  21-27
    2.3.1 印染温控对象的获取  22-25
      2.3.1.1 印染工业温度控制系统介绍  22-24
      2.3.1.2 印染温度控制系统对象的确立  24-25
    2.3.2 自来水厂加药过程的辨识  25-27
      2.3.2.1 水厂混凝投药工艺简介  25-27
      2.3.2.2 被控对象特性的测取  27
  2.4 小结  27-29
第三章先进控制策略在印染工业温度控制的研究和应用  29-49
  3.1 研究的背景  29
  3.2 PID控制算法简介  29-30
  3.3 改进PID控制算法  30-48
    3.3.1 积分分离法  30-33
      3.3.1.1 积分分离法简介  30-31
      3.3.1.2 印染对象的仿真  31-33
    3.3.2 改进微分PID控制算法  33-37
      3.3.2.1 改进微分PID控制算法的介绍  33-36
      3.3.2.2 改进微分算法在印染温控对象上的应用仿真  36-37
    3.3.3 非线性PID控制  37-44
      3.3.3.1 非线性PID控制的简介  38-39
      3.3.3.2 非线性PID控制在印染温控对象上的应用仿真  39-44
    3.3.4 仿人智能控制算法的研究和应用  44-48
      3.3.4.1 仿人智能控制算法的简介  44-46
      3.3.4.2 仿人智能控制算法的研究和应用  46-48
  3.4 小结  48-49
第四章先进控制策略在水厂混凝投药系统的研究应用  49-69
  4.1 研究的背景  49
  4.2 内模控制PID在水厂混凝投药过程的研究和应用  49-55
    4.2.1 内模控制介绍  49-51
    4.2.2 IMC-PID控制器在自来水厂浊度控制中的仿真研究  51-55
  4.3 基于MFA的自适应控制在混凝投药中的研究和应用  55-68
    4.3.1 MFA控制器简介  56-58
    4.3.2 控制系统简介  58-61
      4.3.2.1 反馈控制  58
      4.3.2.2 前馈-反馈控制  58-60
      4.3.2.3 双前馈控制  60-61
    4.3.3 基于MFA控制算法在混凝投药中的应用仿真  61-68
      4.3.3.1 被控对象特性的测取  61-62
      4.3.3.2 中试装置控制实验研究  62-68
  4.4 小结  68-69
第五章先进优化控制策略在水处理系统优化运行中的研究和应用  69-81
  5.1 引言  69
  5.2 PSO优化控制策略的研究  69-75
    5.2.1 PSO算法的原理  69-70
    5.2.2 PSO算法的改进  70-71
    5.2.3 PSO优化算法计算结果  71-75
  5.3 基于PSO优化控制策略在水厂优化控制中的应用  75-80
    5.3.1 水厂生产流程的建模  76-79
    5.3.2 PSO优化算法在水处理过程中的优化计算结果  79-80
  5.4 小结  80-81
结论  81-83
参考文献  83-86
攻读硕士学位期间取得的研究成果  86-87
致谢  87

智能控制策略在两个工业过程中应用研究

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