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1、第4卷第2期英才高职论坛Vol.4No.22008年5月TheForumofYingcaiHigherVocationalEducationMay2008应用免疫模糊PID控制实现聚合反应釜温度控制张文丽(山东英才学院机械制造及自动化工程学院,山东济南250104)摘要:聚合反应釜温度控制系统的数学模型具有非线性、大惯性、纯滞后以及时变等特点,常规的控制方法很难取得满意的效果。本文主要介绍了免疫模糊PID控制算法,及其在聚合反应釜温度控制系统中的实现方法。关键词:聚合反应釜;免疫;模糊控制;PID控制0引言应之前,由真空泵将釜内抽空,整个反应在常压下进行,整个
2、过程的加料由上位釜来完成。物料自顶部连续进入釜中,经在合成化工行业中,最常用的一种反应容器就是聚合反应后,成品由底部排出。反应生产的热量由夹套中的冷却反应釜,而温度是其主要被控制量,是保证聚合产品质量的水带走。首先是一次升温及加料。升温到(80±1)℃时,进行一个重要因素。因此,聚合反应釜的温度控制在生产聚合物二次加料,将温度恒定在(80±1)℃,反应釜进行放热反应过的过程中起着相当重要的作用。聚合反应釜温度控制系统程,釜为常压运行,经过3小时恒温后冷却到常温。恒温段是是一个非线性、时变、有纯滞后、大惯性的系统,对这类系统反应工艺的关键阶段,对于产品质量和产量
3、有着重要的影建模是非常困难的。因此,在聚合反应釜温度控制系统中,响,所以提高恒温段的控制精度是提高产品质量的关键。聚采用常规的控制方法很难取得满意的效果。合反应生产过程的升温曲线见图1。反应过程中由电动机一般的模糊控制器设计不需要掌握被控对象的精确数(图2中的M)来带动搅拌器转动。学模型,且系统的鲁棒性较好,但它过多依赖于操作人员成熟的经验,控制规则较复杂。生物体的免疫系统虽然十分复杂,但其抗御抗原的自适应能力却是十分明显的。生物信息系统的这些智能行为,为科学和工程领域提供了各种理论参考和技术方法。本文将免疫PID控制算法与模糊控制算法相结合,针对聚合反应温度
4、控制过程的特点设计了免疫模糊PID控制器。并且研究了免疫模糊PID控制在聚合反应釜温度控制系统中的实现方法。图1聚氨酯发泡胶粘剂温控曲线图1系统结构与原理1.1聚合反应工艺简介聚合反应釜是利用导热介质通过反应釜的夹套来提高釜内物料的温度,通过搅拌机的搅拌使物料均匀、提高导热速度,并使其温度均匀。导热介质的选择是根据各厂产品的工艺温度要求确定的,常见的导热介质有热水、过热蒸汽和导热油。温度测量常用热电阻或热电偶及其变送器组成。通入反应釜的导热介质要求保持温度恒定,通过调节流入反应釜夹套的导热介质的流量,来控制反应釜内物料的温度使之符合工艺要求。本文以生产聚氨酯发
5、泡胶粘剂用的聚合反应釜温度控图2聚合反应釜温度控制流程图制系统为研究对象。此聚合反应釜的体积为2m3。在聚合反收稿日期:2007-09-03作者简介:张文丽(1978-),女,硕士,山东英才学院机械制造及自动化工程学院教师。62英才高职论坛2008年为保证产品质量,对反应温度要进行严格控制。为此,选取冷却水流量为调解参数。被控过程有三个热容积,即夹(1)套中的冷却水、釜壁和釜中物料。引起温度变化的干扰因素式中,,有:进料方面有进料流量、进料入口温度和化学组成;冷却水若以抗原的数量ε(k)作为偏差e(k),B细胞接收的总刺激S方面有水的入口温度和阀前压力。(k)
6、作为控制输入u(k),则有如下的反馈控制规律:当冷却水方面的参数发生变化,如:入口温度突然升高(2)时,由经上述三个热容积后才能使反应温度升高,经反馈后式中,,为控制反应速调节器输出变化,导致调节阀开始动作,从而使冷却水流量度,为控制稳定效果,f(·)是一选定的非线性函数。增加,迫使温度下降。这样,从干扰开始到调节阀动作,其间考虑常规PID控制算法的离散形式为:经历了比较长的时间,在这段时间里冷却水温度的升高,使(3)反应温度出现了较大的偏差。为了更好的抑制干扰,工业中将上式与式(2)结合起来,则可得到PID型免疫控制器,其输聚合反应釜的温度控制一般采用串级控
7、制系统,如图3所出为:示,串级控制系统在结构上形成两个闭环,在主环内加一个闭环在里面称为副环,它的输出送往调节阀直接控制生产过(4)程,加上副环的目的是为了保证被控对象(反应釜温度)的控免疫控制器(4)是一个非线性PID控制器,根据所控制制质量。图3中,T1为夹套内导热介质的温度,T2为聚合釜对象的不同,参数K,η和非线性函数f(·)可以不同。式中只内物料的温度。有保证才能确保负反馈,既保证系统稳定。免疫控制器中非线性函数f(·)用一个模糊控制器来实现。合适的选择各个设计参数,模糊控制器能逼近任意的线性或非线性函数[2]。免疫模糊控制系统结构图见图4,其中模糊
8、控制器有两个输入变量和一个输出变量。两
