基于模型的夹套式反应釜温度控制系统设计

发布时间：2017-04-08 17:39

  本文关键词：基于模型的夹套式反应釜温度控制系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：夹套式反应釜是化工生产过程中的常用反应容器,温度控制作为夹套式反应釜的主要调控手段之一,长期以来是化工过程控制领域的一个重要研究课题。由于反应釜系统的间接传热方式和内部反应的复杂性,在控制工程中属于典型的时滞、大惯性、非线性系统。由于传统的控制方法具有调节温度超调量大、过渡过程时间较长等明显缺点,有待于发展先进的控制算法来克服这些缺陷。针对现有夹套式反应釜温度控制装置控制精度不高、运行耗能高、人机交互不友好的问题,本文设计开发了一套由PLC、变频器、压缩机、加热管、热电偶、上位机等组成的温度控制系统。基于LabVIEW软件包开发的上位机监控系统能提供直观的人机交互界面和硬件数据通讯,便于编程实现复杂的控制算法及存储历史监控数据。PLC在整个系统中是控制算法和被控对象间的重要纽带,一方面将反应釜实时温度信息传送给上位机,另一方面实时接收上位机的控制信号对执行机构进行调控。针对4升的夹套式反应釜,根据其能量传递特性,对其升温和降温响应过程建立带有时滞的积分型传递函数模型,并且提出了一种基于阶跃响应的模型参数辨识方法。为了克服传统单位反馈控制系统设计方法产生较大升降温超调量的缺点,本文采用二自由度内模控制结构,提出了一个基于系统模型设计设定点跟踪和抗负载干扰的新方法,并且针对实际过程中控制信号的饱和约束问题,提出了能满足实际约束条件的控制器参数调节方法,以便于在工程实践中应用。基于设计的反应釜温度控制系统,对本文提出的模型辨识和控制方法进行实验验证。首先,利用升温和降温阶跃实验数据建立了升温和降温过程的传递函数模型,结果表明本文提出的辨识算法能够有效辨识反应釜温度响应特性,取得很好的拟合效果。随后基于辨识得到的响应模型整定控制系统,进行温度控制实验,通过与现有控制方法的比较,显示了本文控制算法的有效性和优越性,能够实现对反应釜温度的精确控制。
【关键词】：夹套式反应釜 温度控制 阶跃响应辨识 内模控制 LabVIEW
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-12
• 1.1 课题研究背景及意义9
• 1.2 反应釜温度控制技术的研究现状9-10
• 1.3 本文主要研究内容10-11
• 1.4 本文组织结构11-12
• 2 反应釜温度控制系统设计12-27
• 2.1 系统整体结构及功能实现12-13
• 2.2 系统主要部件及工作原理介绍13-18
• 2.2.1 温度传感器13-14
• 2.2.2 可编程逻辑控制器PLC14-15
• 2.2.3 变频器15-16
• 2.2.4 加热部件16-17
• 2.2.5 制冷部件17-18
• 2.3 下位机软件设计18-20
• 2.3.1 功能概述18-19
• 2.3.2 主程序设计19-20
• 2.4 上位机软件设计20-26
• 2.4.1 LabVIEW软件介绍20
• 2.4.2 监控界面设计20-22
• 2.4.3 主程序设计22-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3 模型辨识和控制算法设计27-45
• 3.1 辨识建模27-36
• 3.1.1 阶跃响应辨识算法的研究现状27-28
• 3.1.2 频域响应估计28-31
• 3.1.3 带时滞参数的积分模型辨识31-33
• 3.1.4 仿真验证33-36
• 3.2 二自由度闭环控制系统设计36-44
• 3.2.1 二自由度内模控制算法36-37
• 3.2.2 设定点跟踪控制器设计37-38
• 3.2.3 抗扰控制器设计38-41
• 3.2.4 仿真验证41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 4 实验结果和分析45-59
• 4.1 结晶反应釜系统的模型辨识45-47
• 4.1.1 系统描述45
• 4.1.2 升温阶跃实验辨识45-46
• 4.1.3 降温阶跃实验辨识46-47
• 4.2 升温控制实验47-53
• 4.3 降温控制实验53-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-64
• 附录A PLC及外围电路端子排布64-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文和申请专利情况65-66
• 致谢66-67

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