面向成球过程的反应釜温度控制系统的设计与实现.pdf

中文摘要 摘 要 反应釜广泛应用于化工、医药、食品等行业，作为压力容器可用来完成硝化、 硫化、缩合、聚合等工艺过程，国内外反应釜控制的自动化程度偏低，如何对反应 釜温度实现精确控制成为了流程工业的制造瓶颈，对反应釜在线控制技术的研究 也越来越受到关注。本文在充分调研与分析国内外反应釜温度控制系统的基础上， 考虑球形药丸成球工艺升温、成球、预蒸、蒸溶等工序温度变化情况，针对现有夹 套式反应釜温度动态特性具有时变性、非线性、大时滞等特点，采取理论分析和仿 真验证相结合的研究方法，综合运用系统辨识、预测控制等理论工具与计算机仿真 工具，对反应釜温控方案、模型辨识、温度在线控制和温控软件开发等关键问题进 行深入的研究，本文的主要研究内容如下： ①设计了一套反应釜成球工艺分段温控方案。以蒸汽阀门开度为控制（输入） 量，以反应釜釜内溶液温度为被控（输出）量，确定了成球工艺控制系统的单入单 出（Single-Input Single-Output ，SISO ）模型。基于成球工艺具体生产流程总结并分 析了成球工艺的温度控制要求。根据输入输出历史数据确认了温控系统的分段建 模及分段控制方式，同时选取三个阶段的时滞系数，并选定了基于子空间辨识获取 温度模型的DMC 控制方案。 ②完成了成球工艺各阶段反应釜温度模型的辨识。构建了确定性系统的子空 间辨识框架，基于历史数据，应用N4SID 子空间辨识算法对面向成球过程的反应 釜温度模型进行辨识，得到升温阶段、成球预蒸阶段与蒸溶阶段三个温控阶段各自 的状态空间模型。基于Matlab 完成模型验证，获得各阶段的历史温度曲线和模型 验证曲线的拟合度，分别为92.62%、88.92%、93.90%，确认了系统模型的有效性。 ③完成了反应釜DMC 温度控制的研究。完成普通对象DMC 算法到时滞对象 DMC 算法的转换，选定合适控制参数，以子空间辨识得到的反应釜温度模型作为 DMC 控制器的预测模型，以生产过程质量优化系统分析得到的成球工艺最优温度 曲线为参考轨迹，分三个阶段分别设计反应釜温度控制器，借助Matlab 实现对参 考轨迹的跟踪控制，完成工艺各阶段与全过程的控制仿真。 ④完成了控制系统软件的开发。面向成球过程反应釜的温度控制，利用Visual Studio MFC 完成在线控制系统软件数据传输模块与在线监控、系统辨识、控制仿 真三个界面的开发并编写DMC 控制算法以赋予其在线控制功能。 关键词：反应釜;成球工艺;子空间辨识;动态矩阵控制;在线控制 I 英文摘要 ABSTRACT The reactor is widely used in chemical, pharmaceutical, food and other industries. It is a pressure vessel used to complete sulfurization, nitrification, polymerization, condensation and other process. T The degree of automation of reactor control at home and abroad is low. How to achieve accurate temperature control of reactor has become the bottleneck of manufacturing. The research on the online control technology of reactor has also attracted more and more attention.On the basis of fully investigating and analyzing the temperature control system of the reactor at home and abroad, considering the temperature c