煮糖结晶过程的动态矩阵控制研究

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模型预测控制策略因其预测模型、滚动优化、反馈校正三大特征符合工业过程控制的实际需要。因此自提出到至今在理论和应用取得了长足的发展。煮糖过程是蔗糖结晶的生产过程,在这个过程中既有传热,又有传质,是一个非常复杂的物理和化学过程。由于煮糖结晶过程本身受干扰因素很多,如糖浆的锤度、糖浆杂质、真空度以及温度的变化都会影响蔗糖结晶过程,非线性较强,因此,一般的控制方法很难奏效。本文根据煮糖过程的物料平衡、能量平衡和生产过程的各种物性参数的机理解析关系(如晶体生长分散等)建立描述被控生产过程的模型,并以该模型作为预测模型对煮糖结晶过程实施动态矩阵控制,在MATLAB上进行了煮糖过程中过饱和度(OS)的动态矩阵控制仿真实验,实验证明该控制算法对煮糖过程的控制是可行的。本文还从预测模型和优化方法的角度展开了对非线性动态矩阵控制方法的初步探讨。 本文在简单分析模型预测控制算法的基本理论和优点的基础上,讨论了一种适合煮糖罐过饱和度控制的具有响应速度快、鲁棒性强的预测控制算法——动态矩阵控制(DMC)。 本文的主要的研究工作集中在如下几个方面: 1.对预测控制的发展概况、研究现状及研究动向进行了概述,同时介绍了与本论文相关的预测控制方案; 2.对煮糖结晶过程进行了系统地机理分析; 3.对单变量动态矩阵控制(DMC)的基本算法进行讨论,并仿真验证DMC控制方法是一种计算简单、鲁棒性较强、抑制干扰能力好、控制精度高的控制策略。 4.针对煮糖过程,采用两种控制方案即传统的PID和先进的DMC进行仿真比较,说明DMC在响应速度、鲁棒性和抗干扰性等方面明显优于传统的PID控制方法; 5.对多模型非线性预测控制方法作初步探讨。 当然,在DMC控制中也出现了一些不足之处,如过饱和度控制有波动。作者认为其主要原因是煮糖结晶过程异常复杂,耦合性又比较强。而在仿真研究过程中采用的是单变量控制,这与实际煮糖结晶过程是不相符的,因为实际煮糖结晶过程是一个多变量控制系统,因此采用多变量DMC控制可能会有效地解决这个问题,这也是今后需要努力的方向。
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