竖炉焙烧过程智能优化控制仿真实验系统的分析与开发

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1、东北大学硕士学位论文第一章绪论半实物仿真同其它类型的仿真方法相比，具有更高的真实度，是仿真技术中置信度最高的一种仿真方法。从系统的观点来看，半实物仿真允许在系统中接入部分实物，意味着可以把部分实物放在系统中进行考察，从而使部件能在满足系统整体性能指标的环境中得到检验。半实物仿真已经成为提高系统设计的可靠性和研制质量的必要手段。半实物仿真是研制工作中强有力的方法和工具，具有提高系统质量、缩短研制周期和节省研制费用等优点，具体表现在以下几个方面：(1)提高了仿真精度与划象和控制系统都为模拟的仿真系统相比较，半实物仿真中由于加入了实

2、物部分，使得仿真系统更接近于真实系统，从而整个系统的精度有了相当大的提高。(2)提高了研制速度在系统性能的评定中，传统的观念是完全用实际的实验结果为依据。为了全面地检验和取得足够的统计数据，要求有可观的实验次数，需要付出昂贵的代价。相反，为了节省经费、减少试验次数，无疑将使试验结果的嚣信度降低。由于硬件在回路仿真中一部分功能由软件来实现，可以通过多次仿真试验的方法来确定系统的参数和性能，而全实物试验只是作为检验仿真结果真实性的依据和标准。(3)弥补了现场试验的不足为了对一个新系统进行全面的评估，常常需要很多条件下的试验参数，但

3、是有些试验具有很大的破坏性、甚至根本就无法完成。通过硬件和软件相结合的硬件在回路仿真系统可以做出在实际现场无法完成的试验。综上所述，现在的工业过程控制系统仿真主要采用MATLAB、组态软件相结合的软件方式实现，同时也有半实物仿真方式。但是这些方法存在如下的不足：(1)在仿真回路中大多没有实际的控制系统，所采用的控制算法和策略不能直接应用于实际的控制系统。(2)在仿真回路中所作的仿真完全在回路层，没有回路设定值的优化层，不能保证系统优化运行。(3)一般没有考虑检测装置的特性，在数据采集和过程通讯方面考虑不足。1．2流程工业过程仿

4、真的意义及现状1．2．1流程工业过程仿真的概念和意义流程工业是加工业的一个大类，它包括冶金、石化、电力、造纸、轻工、制药等原．2．东北大学硕士学位论文第一章绪论材料加工和能源工业行业。流程工业在国民经济中占主导地位，其发展状况直接影响国家的经济基础。流程工业具有以下特点：生产过程连续，物料和能量的供给要求连续、可靠、及时，生产批量大，生产能力强；生产工艺复杂，生产过程涉及复杂的物理和化学变化；生产控制技术要求高，信息量大，故障诊断和处理比较复杂；生产环境苛刻，如高温、高压、低温、易燃、易爆、有毒等；产品结构复杂，除主产品外，还

5、有大量的副产品和中间产品，且产品之I'HJ的关联性比较强；对水、电、气等能源供应的要求比较高：生产以安全、稳定、K周期、满负荷、优质、高效、低耗和减少污染为主要目标，通过计划调度、优化控制等手段实现优化生产和管理，以达到最大经济和社会效益【5叫01。由于流程工业具有以上的特点，所以流程工业过程的控制与优化研究通常不能直接在生产装置上进行，而是要通过实验研究之后，才能够投入实际应用。随着流程工业综合自动化技术的发展，许多应用软件越来越广泛的应用于工业现场。这些软件中包括了很多的控制算法和优化算法，而它们的数据没有经过工业现场的验

6、证，因而无法直接应用到工业现场之中。因此迫切需要进行流程工业的过程仿真，使得在实验室条件下就可以验证先进的算法，并获得算法所需的数据来对算法进行改进。流程工业过程仿真技术是过程系统工程中一门重要的技术，它以现有的或设计新的过程模型，利用软件技术形成单元模块，在网络、数据库和仿真技术的支持下，对流程工业的生产过程进行仿真⋯。应用这⋯技术，可以仿真在不同工艺条件、不同工况下的生产过程和结果，有关人员则可以对相关的数据进行分析，从而确定控制算法、优化算法和调度方案等的最佳策略。并且不破坏生产的连续性。还可以在实验室进行实验，开展相关

7、的研究工作。目前，流程工业过程仿真技术已经成为各流程行业工程设计、理论研究的重要技术和工具【j⋯。1．2．2流程工业过程仿真的发展和现状流程工业过程仿真最初起源于上个世纪50年代末的化工行业。1958年美国Kellogg公司推出了‘套流程模拟仿真程序--flexiblesheeting，在当时的化工界引起了很大的反响。在化工行业中，流程模拟仿真的发展比较迅速，出现了相当数量的过程模拟仿真软件，它们对化工行业的控制和优化起到了很大的作用‘13]。这也带动了其他行业，使过程仿真技术在流程工业中得到了应用和发展。总的来说，流程工业过

8、程仿真系统经历了如下的发展阶段[13,161：第一阶段：只有简单的数学模型，数据库很不完善，只局限于物料和能量的计算。．3．东北走学硕士学位论文第一辛绪论材利加L和能源上业行业。流程工业在困民经济中占主导地位，其发展状况直接影响国家的经济基础。流程工业具有以下特点：，土产过程