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《郑州大学》 2002年
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氧乐果合成计算机智能控制系统

杨志晓  
【摘要】: 氧乐果又叫氧化乐果(C_5H_(12)NO_4PS),是在农业生产中使用较为广泛的一种农药。它的合成是一个复杂的化学反应过程,要求反应温度在不超过-12℃的前提下,尽可能快地完成一甲胺(NH_2CH_3)投料。氧乐果合成过程的对象模型具有多变量、非线性和扰动复杂等特点,属难控系统。经典控制理论和现代控制理论都要求被控对象有精确的数学模型,而氧乐果合成过程的模型复杂多变。因此,传统的控制方法难以使系统长期稳定在好的控制效果上。有必要研究新的控制方法,实现对氧乐果合成的自动控制。本文仔细分析了氧乐果合成反应的运行特性和控制特性,决定采用智能控制方法对氧乐果的合成进行控制。 首先,本文介绍了后胺解法合成氧乐果的工艺过程、工艺特点及对一甲胺投料的工艺要求,分析了工艺特点和客户对控制系统的具体要求,设计了控制系统的组成方案。决定将某农药厂的六套反应釜按照地域分为两个系统,每个系统包括三套反应釜,由一台工业控制计算机对三套反应釜同时实现控制。 然后,探讨了氧乐果合成控制的理论基础,重点研究了专家控制理论和神经控制理论。确定采用产生式规则即“IF-THEN”语句表达专家知识。对人工神经网络,详细推导了误差反向传播(BP)算法,并对几种改进的BP算法作了介绍。 依据氧乐果合成智能控制系统组成方案,本文完成了对控制系统硬件的设计和选型,其中包括:工业控制计算机,模入、模出接口卡,温度、液位变送器等。介绍了模入、模出接口卡的模拟量-数字量、数字量-模拟量转换算法和信号量-工程量的换算方法。 工业现场存在着各种各样的干扰,为了保证控制系统的稳定性,提高其抗干扰性,本文讨论了从硬件上采取的一些抗干扰措施,主要有:强、弱电信号分开布线;机柜良好接地;模入、模出接口卡的光电隔离;稳压管限幅;电容滤波等。系统采集到的信号常含有多种噪声,为了剔除噪声信号,获得真实信号,需要对采集到的信号进行滤波处理。本文采用去掉最大最小值后取平均值的算法来防止脉冲干扰,采用一阶数字阻容滤波算法对采集的信号进行处理。 控制系统中所用到的实际仪器,常常带有一些功能上的局限和不足,直接影响到控制系统能否可靠运行。本文运用虚拟仪表技术,弥补了硬件局限,拓展了其功能,满足了控制系统的一些特殊要求。主要包括:设计虚拟信号源,用于控制软件的实验室仿真运行;在软件里修正模入接口卡;设计“软弹簧”,防止一甲胺投料电动调节 IN 典 阀电机堵转:设计虚拟流量计,由采集到的计量罐内一甲胺液位信号获得其流量值。 在完成控制系统的设计后,本文详细讨论了氧乐果合成反应的智能控制算法。首 先分析了一甲胺流量、冷却盐水流量、冷却盐水温度、各反应釜冷却系统开关状态等 十多种影响反应釜温度的因素,讨论了氧乐果合成反应特性,将被控对象归纳为一个 9 三输入、单输出的时变系统。对象模型为一阶惯性环节加纯滞后,滞后时间、时间常 数和增益系数等参数在反应过程中不断发生变化。由于被控系统具有多变量、高度非 线性、多扰动等特点,传统的控制方法难以获得好的控制效果。本文考虑到氧乐果合 成反应特性,并结合一甲胺投料工艺耍求,将合成反应过程划分为初始阶段、温升阶 段、平稳阶段和结束阶段四个时期。对初始阶段和结奴阶段采川专家控制方法,对佣 升阶段和乎稳阶段采用神经控制方法。由于控制器的输出为一甲胺流挝,而计算机的 控制指令是具体的调节阀开度值,因此还要将控制器的输出最终转化为调节阀的开度 值。为此本文还构造了一个BP网络,用于求解一甲胺液位、投料阀开度和一甲胺流 量的映射关系。仿真和实际运行表明,控制系统能够达到预定目标。 氧乐果合成反应对一甲胺投料速度有较高的要求,系统一巳发生异常或故障,会 造成氧乐果粗原油的含量、收率等指标降低,甚至导致整釜原料报废,造成巨大经济 损大。为确保控制系统的可靠运行,必须对控制系统进行故障诊断。控制系统中,由 于某个故障可以引起多个运行参数的变化,并且具有高度非线性,冈此对氧乐果合成 控制系统的故障诊断应当综合进行。本文采m神经网络与专家系统相结合的智能混合 系统,将模糊集理论应用于故障征兆参数的高层概念转换,构造了一个由12个于网 ”络并联而成的故障诊断神经网络,各于网络均采用班算法。经过仿真和一段时川的 。试运行表明,该故陌诊断系统能够满足预期目标。 _本文最后介绍了控制系统的软件设计口 厂业控制软件既要完成一定指标的控制婴 求,又要完成监视、测量、统计、管理等功能。】业控制软什几有实时性、可靠性和 二‘良好的人机界面等特点。日前的设计方法主要有采川绢态软什设计和自了设计两种, 其发展方向是组态软件。考虑到氧乐果合成智能控制系统对控制、监测、计量、管理
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP273.5

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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7 本报通讯员 王鹏 杨春芳 本报记者 谭国伦;汽车装备领域创新的探索者王志俭[N];廊坊日报;2006年
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