基于嵌入式系统的脱重组分塔控制系统研究

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1、中图分类号：TP273.4论文编号：HBLG2016-385UDC：密级：公开硕士学位论文基于嵌入式系统的脱重组分塔控制系统研究作者姓名：宋欣学科名称：控制工程研究方向：检测与控制技术及智能装置学习单位：华北理工大学学制:2.5年提交日期:2015年11月30日申请学位类别：工程硕士导师姓名：贾默伊教授单位：华北理工大学信息工程学院代景胜高工单位：唐山中润煤化工有限公司论文评阅人：匿名单位：匿名单位：论文答辩日期：2016年1月13日答辩委员会主席：赵春祥研究员关键词：脱重组分塔；ARM微控制器；Linux操作系统；遗传算法；PID唐山华北理工大学2016年3

2、月StudyofDe-heavyTowerControlSystemBasedonEmbeddedSystemDissertationSubmittedtoNorthChinaUniversityofScienceandTechnologyinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofEngineeringbySongXin(ControlEngineering)ProfessorJiaMoyiSupervisor:DaiJingshengMarch,2016独创性说明本人郑重声明：所呈交的

3、论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得华北理工大学以外其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。论文作者签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本人完全了解华北理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：已获学位的研究生必须按学校规定提交学位论文，学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以将学位论文的全部或部分内容采用影印、缩印或编入有关数据库进

4、行公开、检索和交流。作者和导师同意论文公开及网上交流的时间：□√自授予学位之日起□自年月日起作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要摘要在粗苯精制的生产过程中，首先需要通过脱重组分塔的处理将粗苯原料分离出重苯与轻苯以进入后续的生产加工流程。脱重组分塔的工作稳定性直接关系到精苯产品的质量，而作为关键设备的脱重组分塔具有典型的非线性、时变性及时滞性等特点；目前大多采用成本高、体积大以及响应慢的常规PLC实现PID算法对塔温进行控制，这使温度的调节时间与超调量这两个动态性能指标很难得到同时的优化。因此课题采用了基于ARM的多种群遗传算法整定PID参数

5、设计控制器来实现多性能指标的优化。首先，从实际生产数据近似得出脱重组分塔的数学模型，构建Simulink仿真模型。通过生产数据确定PID的Kp、Ki和Kd三个参数，分别以这三个参数的值为中心点划定邻域区间作为遗传算法的种群基因库并且选择合适的分段函数作为适应度函数指引两个子种群的进化方向。两个子种群分别在温度变化的不同阶段参与进化和整定PID参数的操作，使温度变化过程中的调节时间与超调量这两个性能指标同时得到了良好的动态优化。其次，为解决脱重组分塔的纯滞后特性带来的动态响应滞后的问题，在仿真模型中引入了史密斯预估补偿器来抵消纯滞后环节的影响，有效地解决了动态响

6、应滞后的问题。最后，搭建了以模型塔为被控对象的实验控制系统验证Simulnk仿真结果。系统的控制器部分使用以两块ARM为核心的控制电路分别负责数据的处理与运算，很大程度上提高了控制操作的实时性与准确性。通过两种仿真平台的实验数据分析对比得出了多种群遗传算法整定PID参数这种控制策略应用在脱重组分塔温度控制过程中具有良好的稳态与动态特性，及强鲁棒性的结论。具有广阔的应用前景。图26幅；表4个；参45篇。关键词：脱重组分塔；ARM控制器；Linux操作系统；遗传算法；PID分类号：TP273.4-I-华北理工大学硕士学位论文AbstractDuringthepro

7、ductionofcrudebenzolrefining,crudebenzeneneedtobesubjectedtode-heavyTowerforeffectiveseparationofheavylightbenzeneandbenzene,hencetheactualproductionenvironmentofthetowertemperaturecontrolsystemrequireshighprecisions.Thede-heavytowerhassomecharacteristicincludenonlinear,longdelayand

8、unpredictable,curre