煮糖过程中的非线性多变量控制

论文摘要

煮糖过程是蔗糖结晶的生产过程,在这个过程中既有传热,又有传质,是一个非常复杂的物理和化学过程。由于煮糖结晶过程本身受干扰因素很多,非线性较强;因此,一般的控制方法很难奏效,必须想办法研究新技术、新方法,尽可能通过保持过饱和度和晶体含量的稳定,保证结晶质量。本文的主要工作就是基于间歇式入料蔗糖结晶机理模型的基础上研究蔗糖结晶过程控制的有效方法,以提高蔗糖结晶的速度、缩短煮糖时间、降低能耗。 论文在分析煮糖结晶动态过程和特性的基础上,对控制系统进行了研究。论文的主要内容是在控制器的设计及其在煮糖过程中的应用,为增强系统的自适应性,闭环控制不是采用单一常规PID控制技术,而将BP神经网络与PID控制相结合构造基于神经网络的PID控制。论文详细阐述了BP神经网络在PID控制中的应用,对BP算法进行了有效的改进,构造了一种基于改进型BP神经网络PID控制器,并对其在系统中的应用进行了研究。在该结构及算法的基础上,还进行了大量的仿真实验,实验结果表明该控制器及算法的有效性。 从控制器的仿真控制效果看,所设计的神经网络PID控制器可以有效地实现对过饱和度和晶体含量的控制,整个调节过程曲线比较平滑、无大的波动,比较符合实际煮糖结晶过程对过饱和度和晶体含量的工艺要求;论文对实际煮糖自动控制系统的设计也有一定的理论指导意义。从仿真结果来看,运用智能控制技术控制蔗糖结晶过程,实现蔗糖生产过程的自动化应该是可行的。

论文目录

• 第1章 引言
• 1.1 煮糖结晶控制方法的现状
• 1.2 非线性控制现状
• 1.3 本课题的主要内容与结构安排
• 第2章 PID控制算法及其参数整定方法
• 2.1 引言
• 2.2 PID控制的基本原理
• 2.3 PID控制器各参数对控制效果的影响
• 2.4 PID控制器的局限性及发展现状
• 2.5 传统的PID控制器参数整定方法
• 2.5.1 Ziegler-Nichols整定方法
• 2.5.2 改进的Ziegler与Nichols整定方法
• 2.5.3 临界灵敏度法
• 2.5.4 Bang-Bang测试法
• 2.6 PID控制器参数智能自整定方法
• 2.6.1 模式识别整定法
• 2.6.2 基于控制器自身控制行为的参数整定法
• 第3章 人工神经网络理论基础
• 3.1 引言
• 3.2 人工神经网络的基本概念
• 3.3 多层前向网络的训练算法
• 3.4 BP算法改进
• 3.4.1 提高训练速度的方法
• 3.4.2 克服局部极小的改进方法
• 第4章 蔗糖结晶过程模型
• 4.1 煮糖结晶过程分析
• 4.1.1 结晶过程
• 4.1.2 晶体粒度的测算
• 4.1.3 晶体粒度分布及分布矩
• 4.2 蔗糖结晶过程模型描述
• 4.2.1 结晶过程模型的状态
• 4.2.2 物料平衡方程
• 4.2.3 阶矩平衡关系式
• 4.2.4 晶体生长速率关系式
• 4.2.5 过饱和度与晶体含量
• 第5章 神经网络PID控制器的设计
• 5.1 引言
• 5.2 神经网络在非线性多变量系统控制中的应用
• 5.3 基于BP神经网络的PID控制
• 5.3.1 PID神经元网络多变量控制
• 5.3.2 用BP神经网络对PID的参数实现自整定
• 5.4 多变量神经网络PID控制
• 5.4.1 BPPID仿真程序结构图
• 5.4.2 仿真算法
• 5.4.3 性能指标的改进
• 第6章 煮糖过程中的仿真及结果分析
• 6.1 序言
• 6.2 煮糖过程中的单变量PID控制仿真
• 6.2.1 煮糖结晶过程的初始条件
• 6.2.2 仿真控制程序流程图
• 6.2.3 单变量PID控制仿真结果
• 6.3 煮糖过程中的多变量仿真
• 6.4 本章小结
• 第7章 结束语
• 参考文献
• 致谢与声明
• 攻读学位期间发表的学术论文目录