间歇式反应釜温度控制系统研究

论文摘要

伴随着我国经济的发展,高分子聚合物在各个领域得到了广泛的应用,同时也对聚合物的产品质量和生产过程自动化提出了更高的要求,比如碳纤维的生产研制。在影响聚合反应的参数（如温度、压力、流量、速度等）中,最重要的是反应器的温度控制,其控制品质直接影响产品质量和产量。间歇式反应釜具有时变、非线性、反应机理复杂等特点,一直是过程控制领域的研究热点。但单纯的经典控制理论难以在聚合反应釜温度控制上取得好的控制效果,所以建立起反应过程的数学模型并对生产过程进行仿真研究,对于实现聚合反应过程的先进控制具有重要的理论和实际意义。本文全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点,在对反应釜夹套加热系统的传热原理系统分析的基础上,根据热量平衡原理和反应釜的热量传递关系,采用机理建模和阶跃响应曲线方法建立了釜内温度的数学模型,并利用实验数据和理论分析验证了模型的有效性。在算法研究方面,参阅了大量的中外文献并结合实际控制要求的基础上,提出了基于模糊控制的间歇反应温度控制系统,设计了模糊PID自整定控制器,给出了详细分析步骤和控制算法研究。同时把常规PID控制和模糊PID自整定控制策略进行比较论证、仿真分析和研究。实验结果表明,与常规的PID控制方案相比,该方案提高了系统的鲁棒性和适应性,较好的解决了反应釜温度控制的难题,对其它类似的被控对象的控制问题有一定的参考价值。最后,对于反应监控系统进行分析研究,采用PLCS7-300作为下位机,在STEP7环境下编写程序,结合上位机的先进控制算法实现系统的智能控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和研究意义
• 1.2 反应釜控制技术的现状
• 1.3 间歇反应控制技术的难点
• 1.4 先进控制理论的发展及应用
• 1.5 本文的主要工作及章节安排
• 第二章 间歇反应和数学模型分析
• 2.1 间歇式反应釜介绍
• 2.2 智能控制技术在反应釜中的应用
• 2.3 常见的工业过程控制系统与装置
• 2.4 釜温的控制方式
• 2.5 反应釜的动态数学模型
• 2.6 反应釜的机理建模方法
• 2.7 实验建模
• 2.8 本章小结
• 第三章 模糊控制及PID控制
• 3.1 模糊控制器设计
• 3.2 求模糊查询表
• 3.3.PID控制基本原理
• 3.4 新型PID控制算法简介
• 3.5 本章小结
• 第四章 模糊PID自整定算法研究及仿真
• 4.1 引言
• 4.2 FUZZY-PID控制器的设计
• 4.3 PID参数FUZZY调整模型的建立
• 4.4 PID参数选择原则
• 4.5 输入输出变量的模糊化
• 4.6 仿真研究
• 4.7 模糊-PID复合控制器
• 4.8 本章小结
• 第五章 反应控制系统PLC设计
• 5.1 系统设计原则
• 5.2 下位机PLC配置
• 5.3 PLC软件设计原则
• 5.4 PLC软件结构及功能
• 5.5 在编程软件STEP7中PID控制算法的实现
• 5.6 模糊自适应算法在PLC中的实现方式
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 附录
• 作者在研究生期间发表论文
• 致谢
• 参考文献