應(yīng)用免疫模糊PID控制實現(xiàn)聚合反應(yīng)釜溫度控制

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1、第4卷第2期英才高職論壇Vol.4No.22008年5月TheForumofYingcaiHigherVocationalEducationMay2008應(yīng)用免疫模糊PID控制實現(xiàn)聚合反應(yīng)釜溫度控制張文麗(山東英才學(xué)院機械制造及自動化工程學(xué)院,山東濟南250104)摘要:聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型具有非線性、大慣性、純滯后以及時變等特點,常規(guī)的控制方法很難取得滿意的效果。本文主要介紹了免疫模糊PID控制算法,及其在聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞:聚合反應(yīng)釜;免疫;模糊控制;PID控制0引言應(yīng)之前,由真空泵將釜內(nèi)抽空,整個反應(yīng)在常壓下進行,整個

2、過程的加料由上位釜來完成。物料自頂部連續(xù)進入釜中,經(jīng)在合成化工行業(yè)中,最常用的一種反應(yīng)容器就是聚合反應(yīng)后,成品由底部排出。反應(yīng)生產(chǎn)的熱量由夾套中的冷卻反應(yīng)釜,而溫度是其主要被控制量,是保證聚合產(chǎn)品質(zhì)量的水帶走。首先是一次升溫及加料。升溫到(80±1)℃時,進行一個重要因素。因此,聚合反應(yīng)釜的溫度控制在生產(chǎn)聚合物二次加料,將溫度恒定在(80±1)℃,反應(yīng)釜進行放熱反應(yīng)過的過程中起著相當(dāng)重要的作用。聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)程,釜為常壓運行,經(jīng)過3小時恒溫后冷卻到常溫。恒溫段是是一個非線性、時變、有純滯后、大慣性的系統(tǒng),對這類系統(tǒng)反應(yīng)工藝的關(guān)鍵階段,對于產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量

3、有著重要的影建模是非常困難的。因此,在聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)中,響,所以提高恒溫段的控制精度是提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。聚采用常規(guī)的控制方法很難取得滿意的效果。合反應(yīng)生產(chǎn)過程的升溫曲線見圖1。反應(yīng)過程中由電動機一般的模糊控制器設(shè)計不需要掌握被控對象的精確數(shù)(圖2中的M)來帶動攪拌器轉(zhuǎn)動。學(xué)模型,且系統(tǒng)的魯棒性較好,但它過多依賴于操作人員成熟的經(jīng)驗,控制規(guī)則較復(fù)雜。生物體的免疫系統(tǒng)雖然十分復(fù)雜,但其抗御抗原的自適應(yīng)能力卻是十分明顯的。生物信息系統(tǒng)的這些智能行為,為科學(xué)和工程領(lǐng)域提供了各種理論參考和技術(shù)方法。本文將免疫PID控制算法與模糊控制算法相結(jié)合,針對聚合反應(yīng)溫度

4、控制過程的特點設(shè)計了免疫模糊PID控制器。并且研究了免疫模糊PID控制在聚合反應(yīng)釜溫度控制系統(tǒng)中的實現(xiàn)方法。圖1聚氨酯發(fā)泡膠粘劑溫控曲線圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理1.1聚合反應(yīng)工藝簡介聚合反應(yīng)釜是利用導(dǎo)熱介質(zhì)通過反應(yīng)釜的夾套來提高釜內(nèi)物料的溫度,通過攪拌機的攪拌使物料均勻、提高導(dǎo)熱速度,并使其溫度均勻。導(dǎo)熱介質(zhì)的選擇是根據(jù)各廠產(chǎn)品的工藝溫度要求確定的,常見的導(dǎo)熱介質(zhì)有熱水、過熱蒸汽和導(dǎo)熱油。溫度測量常用熱電阻或熱電偶及其變送器組成。通入反應(yīng)釜的導(dǎo)熱介質(zhì)要求保持溫度恒定,通過調(diào)節(jié)流入反應(yīng)釜夾套的導(dǎo)熱介質(zhì)的流量,來控制反應(yīng)釜內(nèi)物料的溫度使之符合工藝要求。本文以生產(chǎn)聚氨酯發(fā)

5、泡膠粘劑用的聚合反應(yīng)釜溫度控圖2聚合反應(yīng)釜溫度控制流程圖制系統(tǒng)為研究對象。此聚合反應(yīng)釜的體積為2m3。在聚合反收稿日期:2007-09-03作者簡介:張文麗(1978-),女,碩士,山東英才學(xué)院機械制造及自動化工程學(xué)院教師。62英才高職論壇2008年為保證產(chǎn)品質(zhì)量,對反應(yīng)溫度要進行嚴格控制。為此,選取冷卻水流量為調(diào)解參數(shù)。被控過程有三個熱容積,即夾(1)套中的冷卻水、釜壁和釜中物料。引起溫度變化的干擾因素式中,,有:進料方面有進料流量、進料入口溫度和化學(xué)組成;冷卻水若以抗原的數(shù)量ε(k)作為偏差e(k),B細胞接收的總刺激S方面有水的入口溫度和閥前壓力。(k)

6、作為控制輸入u(k),則有如下的反饋控制規(guī)律:當(dāng)冷卻水方面的參數(shù)發(fā)生變化,如:入口溫度突然升高(2)時,由經(jīng)上述三個熱容積后才能使反應(yīng)溫度升高,經(jīng)反饋后式中,,為控制反應(yīng)速調(diào)節(jié)器輸出變化,導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥開始動作,從而使冷卻水流量度,為控制穩(wěn)定效果,f(·)是一選定的非線性函數(shù)。增加,迫使溫度下降。這樣,從干擾開始到調(diào)節(jié)閥動作,其間考慮常規(guī)PID控制算法的離散形式為:經(jīng)歷了比較長的時間,在這段時間里冷卻水溫度的升高,使(3)反應(yīng)溫度出現(xiàn)了較大的偏差。為了更好的抑制干擾,工業(yè)中將上式與式(2)結(jié)合起來,則可得到PID型免疫控制器,其輸聚合反應(yīng)釜的溫度控制一般采用串級控

7、制系統(tǒng),如圖3所出為:示,串級控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上形成兩個閉環(huán),在主環(huán)內(nèi)加一個閉環(huán)在里面稱為副環(huán),它的輸出送往調(diào)節(jié)閥直接控制生產(chǎn)過(4)程,加上副環(huán)的目的是為了保證被控對象(反應(yīng)釜溫度)的控免疫控制器(4)是一個非線性PID控制器,根據(jù)所控制制質(zhì)量。圖3中,T1為夾套內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)的溫度,T2為聚合釜對象的不同,參數(shù)K,η和非線性函數(shù)f(·)可以不同。式中只內(nèi)物料的溫度。有保證才能確保負反饋,既保證系統(tǒng)穩(wěn)定。免疫控制器中非線性函數(shù)f(·)用一個模糊控制器來實現(xiàn)。合適的選擇各個設(shè)計參數(shù),模糊控制器能逼近任意的線性或非線性函數(shù)[2]。免疫模糊控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖4,其中模糊

8、控制器有兩個輸入變量和一個輸出變量。兩