基于猫群优化的间歇式反应釜自调整模糊控制方法研究

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1、ZSTUZhejiangSci-TechUniversity硕士学位论文Master’sThesis中文论文题目：基于猫群优化的间歇式反应釜自调整模糊控制方法研究英文论文题目：Self-tuningFuzzyControlMethodsResearchForBatchReactorBasedonCatSwarmOptimization学科专业：控制理论与控制工程作者姓名：金东彬指导教师：潘海鹏教授完成日期：2016年3月8日学科门类:工学单位代码:10338分类号:TP273密级:公开硕士学位论文基于猫群优化的间歇式反应釜自调整模糊控制方法研究作者姓名：金东彬学位级别：

2、硕士学科专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程指导教师：潘海鹏浙江理工大学机械与自动控制学院2016年3月AThesisforMasterDegreeSelf-tuningFuzzyControlMethodsResearchforBatchReactorBasedonCatSwarmOptimizationByJinDong-binSupervisor:Prof.PanHai-pengSchoolofMachineryandAutomationZhejiangSci-TechUniversityHangZhou,ChinaMarch,2016摘要反应釜作为一

3、种化学反应设备，在石油、化工、医药、食品等批量或半批量的生产过程中具有广泛的应用。然而由于反应釜的温度控制过程具有非线性、大惯性、强滞后和模型结构不确定等特性，导致使用传统的控制方法难以取得良好的效果。本文以间歇式反应釜为对象，以温度控制为目标，在深入研究其动态特性的基础上，针对常规模糊控制存在的不足，提出了两种基于猫群仿生算法优化的自调整模糊控制方法，并对其在乙酸乙酯实际生产中的应用进行了探讨。主要内容如下：（1）针对常规模糊控制器的参数和规则在系统运行时无法在线调整的问题，提出一种基于猫群算法的规则自调整模糊控制方法，所设计的控制器通过引入一个含有加权因子的规则解析

4、式，以系统的性能测试函数为指标，利用猫群算法对加权因子、量化因子等相关参数的取值进行智能寻优，得到一组相对最优的模糊控制参数，使跟踪值达到较为理想的控制效果。仿真结果表明，与传统模糊控制相比，该规则自调整模糊控制器能够及时适应对象的动态特性变化，控制效果良好。（2）针对常规模糊控制器的模糊论域在系统运行时不能实时调整的问题，提出了一种基于猫群算法的变论域模糊控制方法。该方法中，分别对模糊控制器的输入、输出论域建立基于函数形式的伸缩因子，并利用猫群算法优化伸缩因子函数表达式中的相关参数取值，以系统的性能测试函数为评价指标，实现伸缩因子的智能寻优，解决了模糊控制器实时论域调

5、整与控制精度之间的矛盾，实现了论域的在线自调整。仿真结果表明，本文设计的基于猫群算法的变论域模糊控制器具有调节精度高、过渡时间短、实时性强等特点。（3）为了验证控制算法的可行性，本文搭建了乙酸乙酯酯化反应生产线，该生产线以PROFIBUS-DP现场总线为桥梁，以S7-300PLC为控制主站、S7-200PLC为从站，对整条生产线进行主从复合控制，并且通过上位计算机对整个系统进行实时监控。其中，本文重点研究了该生产线中反应釜工段的温度控制，基于STEP7，编写了数据采集模块、滤波模块、模糊控制模块等相关的反应釜工段控制程序；基于组态王（KINGVIEW6.53），设计了反

6、应釜工段的上位机组态监控画面，对反应釜温度进行实时监控。最后对两种自调整模糊控制算法进行了调试与运行，实际结果表明，所设计的控制算法具有反应速率快、稳态误差小、鲁棒性强等特点，有较高的实用价值。关键词：间歇式反应釜；模糊控制；猫群算法；规则自调整；变论域iABSTRACTThebatchreactorasachemicalreactionapparatushasbeenwidelyusedinabatchorsemi-batchoftheproductiveprocessofthepetroleum,chemicalengineering,pharmacyandfood

7、.However,becausethetemperaturecontrolprocessofthebatchreactorhasmanycharacteristicsofthenonlinearity,largeinertia,stronghysteresisandmodelstructureuncertainty,theuseofthetraditionalcontrolmethodisdifficulttoachievethegoodcontroleffect.withthebatchreactorasanobjectandtempe