反应釜温度控制系统的研究

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1、摘要反应釜是化工生产过程中的重要设备，反应过程中伴随有大量的吸、放热现象，具有大滞后、时变、非线性、反应机理复杂等特点。传统的PID控制是一种基于过程参数的控制方法，具有控制原理简单、稳定性好、可靠性高、参数易调整等优点，但其设计依赖于被控对象的精确数学模型，在线整定参数的能力差，而反应釜因为机理复杂、各个参数在系统反应过程中时变，不能建立精确的数学模型，不能满足系统在不同条件下对参数自整定的要求，因而采用一般的PID控制器无法实现对反应釜的精确控制。模糊控制是一种基于规则的语言控制，在设计中不需要建立被控对象的精确数学模型，鲁

2、棒性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减弱，控制效果好。但模糊控制器是以误差和误差变化作为输入变量，这种控制器具有模糊比例．微分控制作用，精度不太高、稳态误差较大、自适应能力有限和易产生振荡现象。预测控制是一种优化控制算法，它是通过对某一性能指标的最优来确定未来的控制作用的，具有对模型要求低、鲁棒性好、适用于数字计算机控制的优点。由于计算机模型预测控制具有良好的跟踪性能，能有效地提高系统的稳定性和消除误差，对滞后过程有明显控制效果，更加符合工业温度控制的实际要求，从而大大提高了温度控制系统的性能。本文比较全面的分析了反应釜

3、温度变化的特点以及控制难点，总结当前温度控制系统精度差的根本原因，在此基础上采用基于预测的模糊自整定PID集成控制技术实现反应釜温度控制，其主要思想是利用系统模型的预测输出，结合常规PID的控制经验，采用模糊推理方法，对控制器算法进行改进。实验结果表明，与通常的PID控制方案相比，该方案提高了系统的鲁棒性和适应性，较好的解决了反应釜温度控制的难题。课题完成了反应釜温度控制系统的硬件电路的设计、系统软件的编译与调试，对基于预测的模糊自整定PID温度控制系统进行了仿真与实验研究，与PID控制方法相比，控制性能更加稳定，可靠性更高，实

4、时性、适应性、鲁棒性都显著增强，控制效果较好。关键词：反应釜，预测控制，模糊控制，PID控制AbstractReactoristheimportantequipmentintheprocessofchemicalproduction,thechemicalreactionaccompaniedbyphenomenonwherebyheatisliberatedorabsorbed,havingcharacteristicsoflargetimedelay,time—varying，nonlinear,andthecomplica

5、tedreactionmechanism．TraditionalPIDcontrolisacontrolmethodbasedonprocessparameter,havingmanyadvantagesofasimplecontrolprinciple，goodstability,highreliabilityandeasyadjustmentofparameters．Butthedesignoftheobjectdependsontheprecisemathematicalmodelandbadattuningparamet

6、eronline．111emechanismofreactoriscomplexandeveryparameterchangesinthereactionprocess，unabletoestablishaprecisemathematicalmodelanditcallnotmeettherequirementsofself-tuningunderdifferentconditions．SothegeneralPIDcontrollercannotbeachievedontheprecisecontrolofreactor．F

7、uzzycontrolisarule—basedlanguagecontrol，theprecisemathematicalmodeldoesnotneedtobeestablishedinthedesignandwithgoodrobustness，theeffectthatinterferenceandthechangesofparametershaveonthecontrolresultisgreatlyreduced,witheffectivecontr01．However,thefuzzycontrollertakes

8、el'rororerrorchangeforinputvariablesandthiscontrollerhasfuzzyproportion·differentialcontrolrole．Theaccuracyisnottoohigh,withalarger