基于自适应模糊PID控制沸腾干燥机流化仓温度控制

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1、基于自适应模糊PID控制的沸腾干燥机流化仓温度控制根据沸腾干燥机的工艺介绍得知:沸腾干燥机的流化仓内部温度对药物颗粒的干燥程度是否达标起着至关重要的作用。因此，研究目标是使得沸腾干燥机流化仓内部的温度快速精确地稳定在目标值。1、被控对象介绍进入沸腾干燥机流化仓内的空气处理过程如图1所示。流化仓内部的热空气来源于外部的自然空气，空气依次经过初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器的清洁过滤后，达到干燥药物颗粒所需要的洁净程度，然后由蒸汽热交换器加热到后再进入流化仓，通过控制进风机的转速使流化仓内的药物颗粒在热空气的作用下成沸腾态，最终完成沸腾干燥工作。本章

2、节我们研究的目标就是使沸腾干燥机的流化仓内部温度快速稳定，因此以蒸汽热交换器为被控对象建立控制系统。21械汽调竹阀2抵汽热交换器3何服驱动控制闽门4过濾黑图1空气处理过程图由进入流化仓内热空气的处理过程可得进入流化仓内温度的控制原理图如图2所示。图2流化仓内部温度控制原理图热交换器的作用是将能量从高温介质传送到低温介质，通过能量的传递，使高温介质或低温介质的温度达到工业生产的要求，并投入到实际的生产中。根据能量传递方式的不同，热交换器有蓄热式、混合式、间壁式三大类。蓄热式热交换器的热交换原理如下:高温介质和低温介质依次流过同一表面，实现能量的交换。

3、混合式热交换器是通过高温介质和低温介质的相互接触实现能量的传递。间壁式热交换器将高温介质和低温介质置于壁面两端，通过间接性的接触实现能量的传递。其中翅片管式的交叉流换热器由于具有结构紧凑、传热能力强、不易结垢等优点得到广泛的应用。热交换器的性能好坏是通过传热性能以及流体阻力性能这两个参数来体现的。而传热性能的好坏则是通过传热系数和对流换热系数来反映。传热系数和热对流系数的大小受换热器的结构、尺寸、壁面材料的导热系数、流体密度、流体动力粘度等因素的影响。身处能源危机的时代，实际生产过程中，必须时刻警惕对能源的浪费。因此，了解并改善换热器的传热性能和流

4、体阻力性能对促进能源的开发以及提高能源利用率有着十分重要的意义。通过查阅资料可得热交换器的传热系数公式如式所示。K=（Q+Q）/（2仇）其屮。为高温介质的流量・0为低温介质的流量.理为传热面积.7）平均误差。由传热过程的量纲分析法可得对流传热系数与雷诺系数Re、普朗特数Pi•之间的关系描述如式所示。Nu=f（Re、Pr）=CReMPrH式中：A-m=—-努塞尔准数，表示液而与壁面的热交换强度。A恥=空2=空一审诺数，表示流体的流动状态。Re的収值相对大时，表示雷诺数，表示流体的流动状态。当Re的取值相对大时，表示流体在流动过程中分子间的粘性力大于流

5、动时的惯性力，此时流动较不稳定会产生较大的流动摩擦损失。与之相反，当Re较小时，表示流体在流动过程中分子间的粘性力大于流动时的惯性力。式中a表示对流换热系数，1表示定性尺寸，兄表示换热器传热材料的导热系数，、表示流速，v表示运动粘度。根据上述的公式描述，在实验测试的条件下便可获得换热器的换热系数和对流换热系数。从而完成对换热器整体性能的评估。大多数传统工业领域，对温度的控制是否能取得良好的控制效果，决定着工业生产能否按预期进行。如在湿法制粒片剂生产过程的沸腾干燥阶段与包衣阶段，经热交换器处理的空气能否快速精确达到设定值要求，决定着最终片剂的生产质量

6、与生产效率。因此,必须保证热交换器传热过程的顺利进行，确保进行热交换的冷热介质最终能投入到工业生产中。另一方面，必须确保换热器具有良好的传热性能，避免对能源造成过多不必要的浪费。热交换器温度的控制实现如下:将高温介质的流量作为控制量，被加热介质的出口温度作为被控制量，通过流量调节阀的调节，控制高温介质的流量现实对被加热介质温度的控制。控制算法通常采用传统的PID控制，这种算法在对参数时变、干扰众多的热交换器出口介质温度控制时，往往不能取得良好的控制效果。根据生产得知影响沸腾干燥机流化仓内部温度的因素包括:外界自然空气的温度、流量以及蒸汽温度和热交换

7、器的换热能力。一般情况下外界自然空气的温度、热蒸汽的温度都存在扰动导致进入流化仓内部的空气温度不稳定。研究中选取换热器进口蒸汽流量作为控制量，通过调节热蒸汽的流量调节阀开度控制进入流化仓内的空气温度，从而控制流化仓内部的温度值。当内部温度比预设值高时则减小流量调节阀的开度使蒸汽流量减小；当内部温度比预设值低时则加大流量调节阀的开度使蒸汽流量增加。2确立被控对象的数学模型2.1机理分析工业控制中，一般通过实验法和解析法确定被控对象的数学模型。实验法亦即系统辨识法，根据具体实现方法的不同，实验法又包括参数模型辨识法和非参数模型辨识法。非参数模型辨识法的

8、实现过程:给被控对象一个测试信号，并观察在该输入作用下的输出响应曲线，然后用适当的数学模型逐渐逼近直至误差最小。非参数模型