基于滑模变结构的聚合釜控制系统的研究

论文摘要

聚氯乙烯（PVC）的聚合反应生产过程是具有时变、非线性、大时延、变参数特性的复杂对象,研究这类对象是过程控制界最具挑战的课题之一。滑模变结构控制具有降阶、鲁棒性强、响应快等特点,随着计算机技术的发展和高速切换电路的产生,滑模控制理论目前在控制领域得到了广泛应用,但是在复杂过程控制系统中的应用还不多。本文在这个复杂过程的控制中采用滑模变结构控制,并着重研究滑模变结构在这个复杂控制对象中的应用。影响聚合反应的主要因素是反应釜的温度,温度的变化将直接影响产品的质量和产量,所以此过程的温度控制是重点也是难点。由于聚合反应过程的化学反应机理较为复杂,尤其是聚合反应过程涉及物料、能量的平衡,反应动力学等。在对PVC聚合反应温度对象进行滑模控制的研究之前,本文阐述了利用易测量的温度、流量等过程变量,采用机理建模的方法,建立基于反应器热平衡的氯乙烯悬浮聚合过程的动态模型。滑模变结构控制在实际系统中的应用的突出障碍就是抖振问题,结合智能模糊控制与滑模控制可有效避免或削弱抖振。为了改善和提高控制系统的品质,在滑模变结构单回路控制温度的基础上,采用温度-流量的串级控制,并且把入口冷却水温度偏差作为前馈补偿,使得温度控制系统具有很强的抗干扰性,在提高系统控制精度的同时减小了调节器的波动频率,从而整个系统得到了优化。通过对仿真曲线的分析并与加干扰后的PID控制相比较,可以看出这种新的算法对干扰及参数摄动的鲁棒性较强,系统响应快,尤其适用于工程上变工况的情况下并对精度要求较高的系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 聚合反应釜结构及分析
• 1.2.1 聚合反应釜结构及原理介绍
• 1.2.2 PVC 聚合反应原理
• 1.2.3 PVC 系统控制要求
• 1.2.4 聚合反应釜控制的分析
• 1.3 国内外聚合反应釜控制技术的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 国内外研究概况及应用
• 1.3.2 发展趋势
• 1.4 变结构控制特点及发展
• 1.4.1 变结构控制简介
• 1.4.2 滑模变结构控制发展
• 1.5 课题研究主要内容
• 2 聚合过程动态模型
• 2.1 温度模型的建立
• 2.1.1 模型假设
• 2.1.2 夹套与反应器之间的热量传递平衡方程
• 2.1.3 夹套间的热量传递平衡方程
• 2.2 聚合速率
• 2.3 过程动态模型简化
• 2.4 模型线性化
• 2.5 本章小结
• 3 变结构控制算法
• 3.1 变结构控制发展
• 3.2 滑模变结构控制基本原理
• 3.2.1 滑模变结构控制的定义
• 3.2.2 滑动模态定义和特性
• 3.2.3 滑动模态的存在条件和到达条件
• 3.3 等效控制及滑动模态方程
• 3.3.1 等效控制
• 3.3.2 滑动模态的运动方程
• 3.3.3 滑模变结构控制的匹配条件及不变性
• 3.3.4 滑模变结构控制的性质
• 3.4 滑模变结构控制器设计步骤
• 3.5 本章小结
• 4 滑模变结构控制在PVC 温度控制系统中的应用
• 4.1 常规的PID 控制算法及仿真
• 4.2 变结构控制器的设计
• 4.2.1 滑模运动的稳定条件
• 4.2.2 滑模运动的可达条件
• 4.2.3 滑模面的存在条件
• 4.2.4 基于比例切换控制的滑模控制器的设计及仿真分析
• 4.3 模糊滑模控制器
• 4.3.1 模糊控制原理
• 4.3.2 基于MATLAB 的模糊控制器的设计
• 4.3.3 基于模糊控制的滑模控制器的设计及仿真分析
• 4.4 串级控制系统
• 4.4.1 串级控制原理及特点
• 4.4.2 串级控制系统的设计及仿真分析
• 4.4.3 前馈－串级控制系统设计与仿真分析
• 4.5 本章小结
• 5 PVC 粘度控制算法
• 5.1 注水工艺的依据及优点
• 5.2 连续注水工艺的设计
• 5.3 连续注水控制设计
• 5.4 本章小结
• 总结
• 一、主要完成了以下研究工作
• 二、需要进一步深入研究的工作
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢