铝粉氮气雾化分级过程集成优化控制系统研究

论文摘要

铝粉氮气雾化生产工艺具有细粉率高，铝粉活性好，球形铝粉成型率高，生产安全等优点，为很多企业所采用。铝粉氮气雾化和分级工艺过程是一个复杂的工业过程，包括很多物理变化、化学反应以及一些动力学过程，具有强烈的非线性、强耦合、大滞后和不确定性等特点。生产过程中的关键控制变量雾化炉铝液温度用常规控制方法效果很差，直接影响了铝粉的细粉率和产量。作为生产质量指标的铝粉粒度分布无法直接实时地测量，给过程建模和优化控制带来了极大的困难。目前铝粉氮气雾化分级过程控制技术落后、自动化水平很低，过程优化控制问题成为提高氮气雾化铝粉细粉率和产品质量的一个瓶颈。本文以吉化集团高碳醇厂的铝粉生产装置改造项目为背景，在对铝粉氮气雾化和分级过程的机理深入分析的基础上，提出利用集成优化控制技术来实现铝粉氮气雾化分级过程的实时有效的控制和过程优化，并研制一套铝粉氮气雾化分级过程集成优化控制系统并成功应用于工业现场。本文的研究内容如下： 1．在分析铝粉氮气雾化分级过程机理特性和工艺流程特点的基础上，提出了以铝粉粒度分布为目标的铝粉氮气雾化分级过程集成优化控制系统的整体方案设计，采用IPC工控机+PLC+现场总线I／O模块的形式，利用工业以太网技术，组成三层分布式控制系统，实现了铝粉雾化、氮气循环、铝粉分级等全过程的集成优化控制，保证了生产过程的安全运行，减少了氮气和燃料气的消耗，应用实施结果验证了设计方案的有效性。 2．由于雾化炉铝液温度受许多不确定因素的影响波动很大，具有很强的非线性和大滞后等特性，难以建立确切的数学模型，其控制问题很难利用传统的控制理论和方法解决。本文针对雾化炉的铝液温度变化特性，结合模糊控制器和PID控制器的特点，设计了一种模糊-PID复合控制器，利用加权因子，将模糊控制器的输出和PID控制器的输出加权综合，使得控制器在误差较大时，主要由模糊控制器起作用，具有较快的响应能力，而在误差较小时主要由PID控制器起作用，具有较高的控制精度，实现了模糊控制器和PID控制器输出的连续平滑切换，在现场应用中取得了较好的控制效果。 3．铝粉氮气雾化生产过程中，作为质量指标和控制目标的铝粉粒度分布很难用传统的方法在线实时测量。本文提出利用RBF神经网络，通过测量与铝粉粒度分布有直接影响的其它变量，建立起铝粉粒度分布的软测量模型，实现了铝粉粒度分布的实时在线预测，为实施铝粉雾化过程优化控制提供了建模基础。 4．铝粉氮气雾化生产过程中，工况条件是不断变化的，根据专家经验得出的各工艺参数设定点不一定能保证雾化效果达到最优，因此需要对铝粉氮气雾化过程实施优化

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 铝粉氮气雾化分级控制技术
• 1.1.1 铝粉雾化技术的发展
• 1.1.2 铝粉分级技术的发展
• 1.1.3 铝粉雾化分级控制技术的发展和存在的问题
• 1.2 工业过程控制技术的发展及现状
• 1.2.1 控制理论的发展
• 1.2.2 智能控制的产生与发展
• 1.2.3 集成优化控制技术
• 1.2.4 控制系统技术发展
• 1.3 本文的选题背景和研究内容
• 1.3.1 选题背景
• 1.3.2 主要研究内容
• 2 铝粉氮气雾化分级过程控制系统设计
• 2.1 铝粉氮气雾化分级过程特点
• 2.1.1 铝粉氮气雾化分级工艺流程简介
• 2.1.2 主要控制问题
• 2.1.3 过程优化控制目标
• 2.2 集成优化控制系统设计
• 2.2.1 基本思想
• 2.2.2 设计原则
• 2.2.3 总体结构设计
• 2.3 小结
• 3 铝粉雾化炉铝液温度模糊-PID复合控制
• 3.1 模糊控制概况
• 3.1.1 模糊控制基础
• 3.1.2 模糊控制应用研究现状
• 3.1.3 模糊控制研究方向展望
• 3.2 雾化炉铝液温度模糊-PID复合控制
• 3.2.1 雾化炉铝液温度变化特点
• 3.2.2 模糊-PID复合控制器结构
• 3.2.3 模糊控制器设计
• 3.2.4 PID控制器参数整定
• 3.2.5 加权因子的确定
• 3.3 现场应用
• 3.4 小结
• 4 氮气雾化铝粉粒度分布软测量技术
• 4.1 氮气雾化铝粉粒度分布
• 4.1.1 氮气雾化铝粉粒度分布特点
• 4.1.2 铝粉粒度分布的测量方法
• 4.1.3 粒度测试技术的现状和发展趋势
• 4.2 神经网络软测量技术
• 4.2.1 软测量技术
• 4.2.2 神经网络软测量技术
• 4.3 铝粉粒度分布软测量模型
• 4.3.1 影响氮气雾化铝粉粒度分布的因素
• 4.3.2 数据采集和处理
• 4.3.3 RBF神经网络建模
• 4.3.4 RBF网络的逼近特性
• 4.3.5 软测量模型的训练与校验
• 4.3.6 软测量模型的在线校正
• 4.4 小结
• 5 铝粉氮气雾化过程优化控制算法
• 5.1 过程优化
• 5.1.1 基本概念
• 5.1.2 实现过程优化的关键技术
• 5.1.3 过程优化算法
• 5.2 遗传算法
• 5.2.1 遗传算法的基本原理
• 5.2.2 遗传算法的特点
• 5.2.3 遗传算法的基本操作
• 5.3 铝粉氮气雾化过程优化
• 5.3.1 铝粉氮气雾化生产过程模型
• 5.3.2 铝粉氮气雾化过程优化控制算法
• 5.3.3 优化控制算法实施和效果
• 5.4 小结
• 6 控制系统工业化实现与现场应用
• 6.1 工业化实现技术
• 6.2 控制系统结构
• 6.2.1 总体结构
• 6.2.2 现场总线网络
• 6.2.3 工业以太网网络
• 6.2.4 热备冗余配置
• 6.3 系统应用软件
• 6.3.1 监控级组态软件
• 6.3.2 优化级组态软件
• 6.3.3 PLC的软件设计
• 6.3.4 智能优化控制算法
• 6.4 工业运行情况
• 6.5 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 成果证书
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书