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《郑州大学》 2012年
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智能温度控制系统在啤酒发酵中的应用研究

毕竞锴  
【摘要】:随着科学技术的快速发展,中国啤酒工业在装备、控制技术和产品质量方而都有了进一步的提高;尤其是传统控制理论的优化和自动化生产在啤酒发酵温度控制中的应用已经比较成熟。但是相比于世界先进技术,我国的啤酒生产过程还有诸多不足需要改进;由于啤酒发酵工艺的愈加复杂,传统的控制理论已显出其应用的局限性,并且传统温度控制器也存在着结构复杂、不便于升级和自动化程度较低等问题。本文针对以上啤酒发酵中的问题,提出一种新的智能控制算法,以此解决温度控制中的复杂问题;并且设计和开发了基于LabVIEW平台的智能温控虚拟仪器。 首先针对发酵温度控制过程的大时滞性、非线性、大时变性和难以建立数学模型等问题,提出了一种复合式智能控制算法:模糊—神经网络PID控制算法,使其继承三种控制算法,即模糊控制、神经网络控制、传统PID控制的优点;通过模糊控制算法快速拟合温度控制曲线,为神经网络控制算法提供良好的学习环境,之后利用神经网络在线学习修改PID的三个参数从而实现PID的在线自整定。通过MATLAB仿真证明此控制算法不但结构简单,静态误差小,动态响应速度快而且具有自学习能力等特点。 为满足温度控制器的实时性、灵活性和结构简单等要求,本文利用LabVIEW的CIN节点调用Visual C编写的神经网络PID程序,并结合LabVIEW中的Fuzzy工具箱组建模糊—神经网络PID控制器。设计并构建以计算机、PCI-6221数据采集卡、传感器和电子流量调节阀为硬件平台,以登陆界面、工艺曲线设定界面、发酵温度控制界面和历史数据记录界面为软件平台的虚拟温度控制仪器。整个系统结构灵活、升级简单,开发周期短。并利用PLC与LabVIEW的串口通信进一步提高发酵过程外围设备的自动化控制程度,减小操作人员的体力劳动。 本文根据具体发酵罐的数学模型进行仿真,结果表明对于特定的发酵工艺曲线有很好的拟合度,满足发酵温度控制的各项数据指标。以智能控制算法为理论依据、以虚拟仪器为控制平台建立的啤酒发酵温度控制系统,不但具有很好的智能性和灵活性,良好的稳定性,较高的控制精度;并且具有更加简单、实用的人机操作界面,整个系统也便于开发、调试和升级。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TS262.5;TP273.5

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