基于粒子群優(yōu)化算法的反應(yīng)釜溫度預(yù)測(cè)控制研究與應(yīng)用.pdf

1、化工產(chǎn)業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè)，化工產(chǎn)品乙酸乙酯是現(xiàn)實(shí)生活中使用量較大的有機(jī)化工原料和工業(yè)溶劑。乙酸乙酯的生產(chǎn)過程可分為酯化、中和、萃取和精餾四個(gè)階段。乙酸乙酯的酯化反應(yīng)主要是在反應(yīng)釜中進(jìn)行，是乙酸乙酯生成的階段。酯化反應(yīng)過程中，溫度控制好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。所以，本文以反應(yīng)釜為被控對(duì)象，對(duì)其反應(yīng)過程中的溫度進(jìn)行優(yōu)化控制，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量具有現(xiàn)實(shí)意義。
　　由于酯化反應(yīng)過程機(jī)理復(fù)雜，反應(yīng)中存在吸熱和放

2、熱，具有大慣性、非線性以及模型結(jié)構(gòu)不確定等特性，對(duì)于傳統(tǒng)的基于模型的控制算法，溫度控制效果往往不佳。因此，本文在綜述國(guó)內(nèi)外化工生產(chǎn)過程中間歇式反應(yīng)釜溫度控制研究基礎(chǔ)上，通過對(duì)被控對(duì)象特性的分析，提出了將預(yù)測(cè)控制和模糊控制相結(jié)合的復(fù)合控制策略，利用粒子群優(yōu)化算法對(duì)模糊控制器的控制規(guī)則選取進(jìn)行優(yōu)化，并通過仿真分析與應(yīng)用，證明了該算法具有良好的控制效果。本文主要完成的工作如下:
　　1、介紹了乙酸乙酯生產(chǎn)的工藝流程與反應(yīng)釜的組成結(jié)構(gòu)，分

3、析了反應(yīng)釜溫度控制的特性，建立了基于一階純滯后環(huán)節(jié)的系統(tǒng)模型，分別用最小二乘法、遺傳算法和粒子群算法對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，并對(duì)辨識(shí)結(jié)果進(jìn)行比較，確定了基于粒子群優(yōu)化算法的辨識(shí)結(jié)果作為模型參數(shù)。根據(jù)預(yù)測(cè)控制和模糊控制對(duì)被控系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型依賴性低及對(duì)非線性系統(tǒng)控制突出的特點(diǎn)，提出了將預(yù)測(cè)控制和模糊控制相結(jié)合的反應(yīng)釜溫度復(fù)合控制方案。
　　2、根據(jù)工藝控制要求，針對(duì)反應(yīng)過程的特點(diǎn)與溫升特性，設(shè)計(jì)了基于粒子群優(yōu)化的預(yù)測(cè)模糊控制算法。該方法利用

4、粒子群優(yōu)化算法對(duì)模糊控制規(guī)則的選取進(jìn)行了優(yōu)化，并將優(yōu)化的模糊控制與預(yù)測(cè)控制有機(jī)結(jié)合對(duì)反應(yīng)釜溫度實(shí)施控制，避免了傳統(tǒng)模糊控制自學(xué)習(xí)過程中的規(guī)則爆炸等不足。進(jìn)行了理論仿真研究，驗(yàn)證了控制方法的可行性。
　　3、以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的乙酸乙酯生產(chǎn)線中的反應(yīng)釜為對(duì)象，西門子S7-300PLC為下位機(jī)控制器，北京亞控科技發(fā)展有限公司的組態(tài)王(6.53)為上位機(jī)監(jiān)控平臺(tái)，完成了系統(tǒng)的控制柜設(shè)計(jì)、硬件接線設(shè)計(jì)與調(diào)試，開發(fā)了基于STEP7的智能控制軟件包