连续搅拌反应釜温度控制方法的研究

论文摘要

石油化工工业是国家经济发展的支柱性产业,连续搅拌反应釜作为化工生产中实现化学反应的主要设备,其自动控制方法的研究具有非常重要的意义。在实际的化工生产过程中,反应釜的温度决定了产品的产量、质量,有时甚至影响到生产过程中的安全性。因此如何对反应釜内化学反应温度进行精确、有效的控制,显得至关重要。然而,由于温度对象具有非线性、时变不确定、大滞后、受环境温度影响大等特点,目前反应釜内的全过程温度自动控制仍是个较难解决的问题。预测控制具有对模型精度要求不高,建模方便；采用非最小化描述的模型,系统鲁棒性、稳定性较好；采用滚动优化策略,而非全局一次优化,能及时弥补由于模型失配、畸变、干扰等因素引起的不确定性；动态性能较好等优点。因此将预测控制应用于连续搅拌反应釜温度控制中,具有十分重要的理论意义与实际应用价值。本文首先在查阅大量连续搅拌反应釜温度控制相关文献的基础上,简述了反应釜中生产过程的相关概念；深入分析了反应釜工艺流程及重要参数的监测与控制情况；完成了控制系统下位机程序设计并实现了上位的机监控功能；同时建立了上位机监控软件WinCC与MATLAB之间的通讯,使得复杂控制算法的实现成为了可能。另外,针对反应釜温度控制对象的复杂性,本文在分析了反应釜内温度特性的基础上,研究了神经网络广义预测控制在连续搅拌反应釜温度控制中的应用。提出了基于LevenbergMarquar-QuasiNewton的改进优化算法,使原有的梯度下降优化算法收敛速度慢的缺点得以改进,并克服了改进的LM （LevenbergMarquar）优化算法由于算法近似所带来的大残量、算法收敛速度慢、稳定性差等问题。而后对反应釜温度模型进行了仿真研究,得到了令人满意的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 连续搅拌反应釜工艺简介
• 1.1.1 连续搅拌反应釜的基本结构
• 1.1.2 连续搅拌反应釜工作原理
• 1.1.3 连续搅拌反应釜温度控制方案
• 1.2 反应釜的动态特征
• 1.2.1 温度对反应速度的影响
• 1.2.2 反应釜温度动态方程
• 1.2.3 冷却剂流量对釜内温度的传递函数
• 1.3 连续搅拌反应釜温度控制难点
• 1.4 国内外连续搅拌反应釜控制技术的研究现状
• 1.5 本课题的研究内容
• 第二章 广义预测控制算法与BP网络辨识
• 2.1 广义预测控制算法
• 2.1.1 预测控制的基本原理
• 2.1.2 广义预测控制算法实现
• 2.2 神经网络辨识
• 2.2.1 神经网络辨识的理论依据
• 2.2.2 神经网络辨识的内容和步骤
• 2.2.3 BP神经网络算法
• 2.2.4 引入动量项的误差反向传播算法
• 2.3 本章小结
• 第三章 反应釜温度的神经网络广义预测控制
• 3.1 连续搅拌反应釜温度特性
• 3.2 神经网络预测控制
• 3.3 基于LM-QuasiNewton的滚动优化改进算法
• 3.3.1 梯度下降法
• 3.3.2 LM-QuasiNewton综合算法
• 3.3.3 基于LM-QuasiNewton的滚动优化改进算法
• 3.4 仿真比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 反应釜内化学反应过程监控系统设计
• 4.1 下位机程序设计
• 4.1.1 S7-300简介
• 4.1.2 下位机程序设计
• 4.2 监控画面设计
• 4.2.1 WinCC组态软件介绍
• 4.2.2 WinCC与S7-300之间通讯的实现
• 4.2.3 监控画面的设计
• 4.3 WinCC与MATLAB的OPC通信
• 4.3.1 OPC技术简介
• 4.3.2 OPC和DDE的比较
• 4.3.3 WinCC与MATLAB的OPC通信的建立
• 4.3.4 WinCC与MATLAB的OPC网络通讯的应用举例
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参与的科研项目