智能控制在啤酒发酵温控中的应用研究

论文摘要

啤酒生产是我国的传统产业,随着我国国民经济的发展和人民收入的日益提高,作为日常消费品的啤酒,在国内的产量和销售量持续增长,我国啤酒工业也得到了迅速的发展,在国民经济建设中起到了非常重要的作用。但是,由于啤酒的生产工艺复杂,企业生产设备落后,自动化技术不成熟,导致产品质量不稳定。因此研究如何提高啤酒工业的自动化水准具有现实意义。本课题以啤酒生产工艺流程为背景,应用MATLAB仿真软件中的Simulink工具箱针对以啤酒发酵温度控制为代表的一类具有大时滞和时变特性的被控对象,进行了多种控制策略的理论研究和仿真实验对比,并对其中的一些控制策略进行了优化改进。本文的主要工作在于：·概述了啤酒生产的工艺流程,并详细介绍了啤酒发酵阶段的工艺过程,分析被控对象特性和及其控制要求。在此基础上对以啤酒发酵温度控制为代表的—类大滞后、时变的控制问题进行了理论研究,分析其控制难点。·概述了自动控制中常见的常规PID控制基本理论。针对滞后系统的各种控制策略进行了理论及研究,分析各种方案的控制原理、系统框图、控制特点和控制性能。·概述了智能控制的定义、特点和结构理论。分析了智能控制和传统控制的区别与联系,希望能够结合智能控制与传统控制的优点,形成更为有效的控制方法。概述了各种智能控制类型的原理和特点。·针对系统时变的特性设置了4组模型,通过大量仿真实验并记录仿真结果对比分析了各种方案的优缺点。并且针对模糊控制的不足之处提出了两次改进方案,最终的改进方案在仿真试验中取得了较好的控制效果。探讨了传统控制与智能控制结合的可行性,设计了多个方案进行了大量仿真研究,但最终只有PID控制（暂态）+模糊控制（稳态）能够达到控制要求,这为啤酒发酵温度的实际控制提供了一种新的思路。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 插图和附表清单
• 第一章 绪论
• 1.1 国内啤酒行业的现状和课题研究的意义
• 1.2 控制理论的发展及趋势
• 1.2.1 经典控制理论的定义和发展
• 1.2.2 现代控制理论的发展
• 1.2.3 智能控制理论的发展
• 1.3 被控对象一般特性的描述
• 1.4 课题的提出与研究内容
• 1.5 本章小节
• 第二章 啤酒发酵工艺流程及温度控制要求
• 2.1 啤酒生产工艺简介
• 2.2 啤酒发酵过程的温度控制工艺要求
• 2.3 啤酒发酵过程的温度控制系统的特点与要求
• 2.3.1 啤酒发酵过程温控对象的特点
• 2.3.2 啤酒发酵温控系统的基本控制要求
• 2.4 本章小节
• 第三章 PID控制理论及其仿真研究
• 3.1 PID控制综述
• 3.2 PID控制算法
• 3.2.1 比例（P）控制
• 3.2.2 比例积分（PI）控制
• 3.2.3 比例微分（PD）控制
• 3.2.4 比例积分微分（PID）控制
• 3.3 PID控制器参数整定
• 3.4 传统PID在啤酒发酵温控中的仿真研究
• 3.4.1 温度检测装置与温度变送器
• 3.4.2 过程控制系统的性能指标
• 3.4.3 被控对象数学模型
• 3.4.4 传统PID控制仿真
• 3.5 本章小节
• 第四章 纯滞后控制理论及其仿真研究
• 4.1 纯滞后系统基础知识
• 4.2 改进的常规控制方案
• 4.2.1 改进常规控制方案的理论知识
• 4.2.2 微分先行控制仿真
• 4.2.3 中间微分控制仿真
• 4.3 补偿控制方案
• 4.3.1 补偿控制方案理论知识
• 4.3.2 Smith补偿控制仿真
• 4.3.3 改进型Smith补偿控制仿真
• 4.4 本章小节
• 第五章 智能控制理论及应用
• 5.1 智能控制的定义和特点
• 5.1.1 智能控制的定义
• 5.1.2 智能控制的特点
• 5.2 智能控制的结构理论
• 5.2.1 二元结构论
• 5.2.2 三元结构论
• 5.2.3 四元结构论
• 5.2.4 多元结构或者树形结构
• 5.3 智能控制与传统控制的关系
• 5.4 智能控制的类型
• 5.4.1 分级递阶控制系统
• 5.4.2 专家控制系统
• 5.4.3 人工神经网络
• 5.4.4 模糊控制
• 5.4.5 遗传算法
• 5.4.6 免疫算法
• 5.4.7 仿人控制
• 5.4.8 学习控制系统
• 5.4.9 混沌控制
• 5.5 模糊控制
• 5.5.1 模糊控制器
• 5.5.2 模糊控制的数学基础
• 5.6 模糊控制及其改进方案仿真研究
• 5.6.1 模糊控制仿真及其改进
• 5.6.2 改进Ⅰ型模糊控制仿真
• 5.6.3 改进Ⅱ型模糊控制
• 5.6.4 模糊+PID控制
• 5.7 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要完成的工作
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士期间发表论文目录