半间歇化学反应过程的二维迭代学习PI控制方法

论文针对多批次半间歇化学反应过程特性,研究了二维迭代学习PI控制方法。在二维系统的框架下,综合考虑批次轴重复特性和时间轴动态特性,将PI控制器作为内环结构,使用迭代学习(iteratioe learning control, ILC)方法优化参考轨迹,建立二维ILC_PI控制器;以理想的半间歇反应机理模型为对象,进行ILC_PI方法的控制性能测试,分别引入冷流体流量、进料浓度、测量噪声等扰动测试系统性能,与变参数PID控制方法进行对比分析研究,仿真结果表明二维ILC_PI控制系统,可有效抑制不同类型重复扰动,实现动态特性大范围变化下的反应温度高精度控制。

基于新型酶电极的微生物发酵多组分在线检测流路控制系统

针对微生物发酵过程中多组分原位在线监测问题,基于普鲁士蓝(PB)纳米材料制备的新型酶生物传感电极,研究一种原位在线多通道检测流路控制系统。根据酶生物传感电极微电流响应特性,创新设计一种多通道泵阀协同作用流路控制系统,可有效降低交叉污染,提高设备可靠性。根据流路检测逻辑时序要求,研制多组分检测过程移液针精准定位、微量精确进样、定标检测等软件程序模块。采用细分驱动电路控制步进电机,结合梯形加减速算法实现移液针的精准定位和微量精确进样,通过自主调节进样量和定标检测模块,实现多组分、宽范围、快速精确检测。实验结果表明该系统可实现葡萄糖、赖氨酸和乳酸等多组分浓度的宽范围检测,检测精度在2%以内,能够较好地满足微生物发酵多组分在线检测需求。

工业污水处理溶解氧的双模糊控制系统研究

针对AA0工艺的好氧池曝气系统,常规PID控制难以处理的多时变、有惯性的特点,采用双模糊控制算法设计了溶解氧双模糊控制。分析AA0工艺曝气量控制的原理,在合理建立模糊规则库的基础上进行双模糊控制器的设计,并采用西门子S7-300PLC作为主控制器,给出模糊算法的PLC编程实现步骤,对模糊控制规则表进行编码,使用指针寻址编程方式来进行解码。通过对双模糊控制系统中的偏差及其微分的论域和模糊子集的选择,改变量化因子的值以提高系统的性能。最终将上述模糊控制方法应用到AA0污水处理控制系统中,得到良好的曝气效果。

基于Markov参数整定的自适应迭代学习PID控制

针对半间歇反应过程参数时变问题,研究基于Markov参数整定的单神经元自适应迭代学习PID控制方法。首先建立二维迭代学习PID控制器(2D-ILC-PID),采用Markov参数法离线整定控制器的参数初值;然后在批次内采用单神经元自适应调节机制在线调节2D-ILC-PID控制器参数,同时利用批次间的重复特性更新控制输入提高迭代学习速率,有效提升控制系统跟踪性能。最后在环己胺制备反应过程进行仿真实验验证,实验结果表明提出的基于Markov参数整定的自适应迭代学习控制方法能够实现多时段反应器温度的精确跟踪。

2D multi-model general predictive iterative learning control for semi-batch reactor with multiple reactions

Batch to batch temperature control of a semi-batch chemical reactor with heating/cooling system was discussed in this study. Without extensive modeling investigations, a two-dimensional(2D) general predictive iterative learning control(2D-MGPILC) strategy based on the multi-model with time-varying weights was introduced for optimizing the tracking performance of desired temperature profile. This strategy was modeled based on an iterative learning control(ILC) algorithm for a 2D system and designed in the generalized predictive control(GPC) framework. Firstly, a multi-model structure with time-varying weights was developed to describe the complex operation of a general semi-batch reactor. Secondly, the 2 D-MGPILC algorithm was proposed to optimize simultaneously the dynamic performance along the time and batch axes. Finally, simulation for the controller design of a semi-batch reactor with multiple reactions was involved to demonstrate that the satisfactory performance could be achieved despite of the repetitive or non-repetitive disturbances.

生物沼气加压水洗过程厂级动态控制设计与模拟

针对生物质沼气加压水洗提纯净化处理过程,开展厂级动态协同控制方案设计与模拟实验研究。根据生物沼气加压水洗中试装置工艺需求,采用Aspen Plus软件建立其稳态流程模拟系统,并通过对不同工艺操作条件进行稳态模拟获取最佳稳态操作工况。根据工艺要求合理设计厂级动态控制方案,保证沼气提纯率大于97%。通过Aspen Dynamic模块建立其动态流程模拟系统,分别引入沼气进气流量与成分扰动测试系统性能,模拟测试结果和实验运行结果表明,该控制系统具有良好的动态响应性能,而且在多种扰动下CO2的脱除率都大于99.8%,有效抑制各种扰动。

基于NSGA-II的醋酸甲酯水解工艺经济优化控制

针对PTA生产系统中副产物醋酸甲酯水解工艺,研究基于最小经济成本的集成优化与厂级动态控制。首先根据醋酸甲酯水解工艺动力学机理模型,建立Aspen稳态模拟系统,采用灵敏度分析计算待优化变量的可行域,建立经济优化总成本目标函数;然后将模型计算和过程模拟相结合,利用NSGA-II算法寻找较优的反应精馏塔各操作参数,实现最小经济成本;最后依据最优的经济优化结构和操作参数,设计厂级动态控制系统,施加醋酸甲酯进料与流量扰动,其动态响应的结果验证了上述控制方案可以有效抑制扰动下的塔内各变量和产品成分变化,确保生产安全平稳运行。

醋酸甲酯水解过程厂级经济控制

针对PTA生产过程中副产物醋酸甲酯水解回收工艺,在已建立的稳态优化模型基础上,进行厂级经济控制。首先确定整个工艺的控制目标与被控变量;再基于"Top-Down"的设计准则设计多回路厂级控制结构CS1;最后利用Aspen Dynamic软件仿真,添加进料流量和进料成分随机扰动,分析动态响应情况和控制效果,并与传统厂级控制结构CS2结果进行对比。仿真结果表明,CS1设计更简单,调节时间更短,稳态误差更小。