焦化炉对环境污染的优化控制研究 ——基于模糊传感器的集气管压力控制系统的研制

论文摘要

集气管压力是焦化生产的重要工艺指标,它的稳定直接影响到焦炉对环境的污染、焦炉的使用寿命、焦炭和煤气的质量等。因此,如何控制集气管压力在给定值范围内是焦化生产中的重要问题,也是解决焦炉对环境产生污染的有效方法之一。焦化厂普遍采用多焦炉共用一套鼓风冷却系统的工艺方法。由于管线相通,存在很强的耦合干扰,给集气管压力控制带来很多难题。本文在分析了双焦炉共用一套鼓风冷却系统的生产工艺特点后,提出了基于模糊传感器技术和双闭环2层反馈控制方案。内环采用PID算法,PID控制器根据实测压力值和给定值的偏差,控制各自的执行机构,完成第一层反馈控制。外环采用模糊控制技术,集气管压力状态模糊传感器在测量背景知识下,给出当前两个集气管压力状态的语言描述。模糊控制器根据该语言值动态修改总管给定值,通过总管吸力的调节,完成第2层反馈控制,实现集气管和总管的双闭环控制。本文在焦炉集气管压力控制上的主要研究成果如下: ①基于内环和外环反馈设计了集气管压力控制系统,内环采用优化PID控制,外环采用模糊控制技术; ②采用模糊传感器技术,实现总管给定值的动态修改,解决了焦炉产气不足时和过足时的控制难题; ③根据蝶阀开度动态变化的特点,采用调节总管吸力为监督级控制,降低了2个集气管的耦合干扰。

论文目录

第一章绪论

1.1 课题背景

1.1.1 焦化工艺流程简介

1.1.2 集气管压力控制存在的问题

1.1.3 荒煤气对环境产生的污染及防护

1.2 工业控制理论综述

1.2.1 经典控制理论

1.2.2 现代控制理论

1.2.3 智能控制理论

1.3 集气管压力控制方面的国内外现状

1.4 本项目研究的工作重点

1.4.1 课题来源

1.4.2 主要研究内容

1.4.3 在集气管压力控制方面已取得的研究成果

1.5 本文结构和主要内容

第二章集气管压力控制系统的总体设计

2.1 引言

2.2 集气管压力控制原理

2.2.1 集气管压力与鼓风机吸力的关系

2.2.2 集气管压力控制策略的研究

2.2.3 集气管压力控制系统的逻辑结构

2.3 集气管压力自动控制系统的硬件结构

2.3.1 主要硬件设备

2.3.2 A／D和D／A综合接口板

2.4 集气管压力自动控制系统的软件结构

2.5 本章小结

第三章内环控制系统的研究与设计

3.1 引言

3.2 基于PID算法的内环控制设计

3.2.1 PID算法的简单原理

3.2.2 内环数字PID算法的设计与实现

3.2.3 积分饱和问题的解决方法

3.2.4 参数整定

3.3 集气管压力控制系统的数据处理

3.3.1 数据采集与数据输出

3.3.2 数字滤波的实现

3.3.3 数据存储

3.3.4 工作方式设置

3.3.5 工控软件的实时性处理

3.4 小结

第四章集气管压力状态模糊传感器的研究

4.1 引言

4.2 模糊理论综述

4.2.1 模糊集合的定义和表达形式

4.2.2 模糊逻辑与推理

4.3 集气管压力状态模糊传感器的研究与设计

4.3.1 模糊传感器的基本结构和功能

4.3.2 模糊传感器概念生成的基本原理

4.3.3 集气管压力状态模糊传感器的语言描述方法

4.3.4 集气管压力状态的测量和语言输出

4.3.5 集气管压力状态对环境的适应性

4.4 模糊传感器在焦炉集气管压力控制上的实现

4.5 本章小结

第五章外环控制策略的研究

5.1 引言

5.2 模糊控制的基本原理

5.2.1 基本模糊控制器的设计

5.2.2 模糊控制的特点

5.3 外环监督控制策略的研究

5.3.1 外环控制的输入输出变量

5.3.2 规则表

5.3.3 模糊关系

5.3.4 模糊推理

5.3.5 清晰化计算

5.4 本章小结

第六章控制系统的稳定性和稳态性能分析

6.1 引言

6.2 控制系统稳定性的分析

6.2.1 基于模型的模糊控制稳定性分析

6.2.2 基于规则的模糊控制稳定性分析

6.2.3 PID控制的稳定性分析

6.3 控制系统稳态性能分析

6.3.1 常规模糊控制器的稳态性能分析

6.3.2 模糊量化尺度变换因子的性能分析

6.3.3 PID算法参数的稳态性能分析

6.4 本章小结

第七章结论

7.1 研究工作总结

7.2 实际运行结果

7.3 主要研究成果和创新性

7.4 主要不足与今后研究工作展望

参考文献

攻读博士期间的各项成果

致谢

摘要

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附录A：用户使用报告

附录B：经济效益证明

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