陶瓷梭式窑炉优化控制研究

发布时间：2017-10-05 14:07

  本文关键词：陶瓷梭式窑炉优化控制研究

  更多相关文章： 梭式窑 优化控制 传热模型 遗传算法 模糊PID控制器

【摘要】：陶瓷梭式窑是陶瓷烧制的重要设备,它担任着烧制陶瓷并保证陶瓷烧成品质的重要任务。同其他工业窑炉一样,它也是具有高耗能、大滞后的设备。因此对其进行节能减耗、提高陶瓷烧成品质控制一直是陶瓷窑炉控制领域研究的重点。目前在陶瓷梭式窑控制领域还存在如下问题:第一就是在生产的时候很难测量窑内陶瓷陶坯内部的温度场;第二是控制精度差、反应滞后、窑内温度分布不均匀;第三是不能及时、准确地控制窑内温度而造成能耗过高和烧成品质差。本文以唐山某陶瓷厂的梭式窑为研究对象,就陶瓷坯料素烧过程的烧成曲线优化设定和窑炉炉温的优化控制两方面进行了研究,以解决梭式窑炉控制中的存在的上述问题。在烧成曲线优化设定方面,首先通过对陶瓷陶坯内部的传热过程进行机理分析,并与有限差分法相结合建立了陶瓷坯料的非稳态传热模型;然后以陶瓷烧制过程中各阶段燃气消耗和的最小值作为目标函数,各阶段的烧成时间和总的烧成时间作为非线性约束条件,把各阶段的升温速率进行编码,运用遗传算法对升温速率优化,得到最佳烧成曲线。在炉温优化控制方面,设计了一个模糊PID控制器对梭式窑炉温进行控制。以最佳烧成曲线为给定信号,以给定信号与炉温的差值和差值变化率为模糊推理机的两路输入信号,通过模糊推理计算出PID控制器的三个参数dip、、(35)(35)(35)KKK,计算出控制量u,进而控制炉温。仿真结果可以看出,文中设计的模糊PID控制器和常规的PID控制器对窑内温度的控制效果相比,能够使窑内温度更精确的跟随最佳烧成曲线,改善了系统的动、静态性能,提高了陶瓷品质。为了解决梭式窑内温度分布不均匀问题,就脉冲燃烧控制做了应用研究。
【关键词】：梭式窑 优化控制 传热模型 遗传算法 模糊PID控制器
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.653.2;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 引言8-9
• 第1章 文献综述9-19
• 1.1 陶瓷窑炉的简介9-13
• 1.1.1 陶瓷烧成工艺简介9-13
• 1.1.2 陶瓷窑炉的分类13
• 1.2 国内外陶瓷梭式窑炉优化控制现状及技术展望13-15
• 1.2.1 国内外陶瓷梭式窑炉优化控制现状13-15
• 1.2.2 陶瓷梭式窑炉优化控制的技术展望15
• 1.3 研究意义15-16
• 1.4 研究对象简介16-17
• 1.5 本论文的主要工作17-19
• 第2章 陶瓷陶坯传热模型19-31
• 2.1 传热学理论基础19-25
• 2.1.1 传热学相关知识19-20
• 2.1.2 传热方程的推导20-23
• 2.1.3 非稳态传热方程的定解条件23-25
• 2.2 陶瓷陶坯非稳态传热方程的建立25-27
• 2.3 数学模型的离散化27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 烧成曲线的优化31-44
• 3.1 遗传算法简介31-36
• 3.1.1 遗传算法的基本实现方法31-34
• 3.1.2 简单遗传算法的基本步骤34-35
• 3.1.3 约束优化35-36
• 3.2 遗传算法优化烧成曲线36-41
• 3.2.1 问题的初始化38
• 3.2.2 计算适应度值38-39
• 3.2.3 优胜劣汰操作39-41
• 3.3 烧成曲线的仿真41-43
• 3.4 本章小结43-44
• 第4章 控制器的设计及应用44-60
• 4.1 模糊PID控制器44-52
• 4.1.1 模糊PID控制器的结构设计45
• 4.1.2 确定系统的输入输出变量45-47
• 4.1.3 模糊PID参数模糊调整规则47-49
• 4.1.4 模糊推理及去模糊化49-50
• 4.1.5 PID控制器参数整定50-52
• 4.2 脉冲燃烧控制技术的引入52-54
• 4.2.1 脉冲燃烧控制技术的特点52-53
• 4.2.2 脉冲与比例燃烧控制技术的结合53-54
• 4.3 控制器的应用54-59
• 4.3.1 梭式窑的模型54
• 4.3.2 智能控制器在梭式窑上的应用54-59
• 4.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 导师简介65-66
• 作者简介66-67
• 学位论文数据集67

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本文编号：977200