一类复杂工业过程的数据驱动与PID协调控制

针对一类具有强非线性且难以建立精确数学模型的复杂工业过程,提出了一种基于PID与数据驱动的协调控制策略。在系统初始阶段,采用PID控制方法,不需要建立系统的数学模型,就能获得大量系统输入输出(I/O)数据。在系统稳态阶段,提出了多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)无模型自适应离散终端滑模控制(model-free adaptive discrete terminal sliding mode control,MFA-DTSMC)方法,该方法基于系统的紧格式动态线性化数据模型,且伪Jacobian矩阵(pseudo-Jacobian matrix,PJM)估计算法仅取决于被控对象的I/O测量数据。其次,设计了一种协调控制策略,实现了PID与数据驱动控制器之间的协调控制。以双容水箱液位系统为例进行仿真实验,仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

基于扰动观测器的双容液位系统RBF神经网络滑模控制

针对双容液位系统存在的外部扰动、模型参数不确定等问题,设计了一种基于非线性扰动观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)的径向基函数神经网络滑模控制(radial basis function neural network sliding mode control,RNNSMC)方法。建立双容液位系统数学模型,采用积分型滑模面来提高系统的鲁棒性,在常规积分滑模控制的基础上,通过RBF神经网络(RBF neural network,RNN)对系统的非线性函数进行逼近,并设计非线性扰动观测器估计外部扰动,选用Lyapunov稳定性判据证明了控制策略的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制策略与积分滑模控制(integral sliding mode control,ISMC)方法相比,不需要精确的数学模型,且控制精度更高,抗干扰能力更强。

双混合澄清槽混合过程的仿真研究

以水相和有机相为流体介质,运用CFD技术对双混合澄清槽的混合过程进行液液双相流仿真,深入研究了双混合槽的泵吸能力、搅拌力矩和两相混合特性。仿真结果显示,双混合槽结构具有很强的泵吸能力,搅拌桨所受力矩值随迭代计算次数增加逐步趋于稳定。双混合槽内有机相体积分数随迭代计算先快速增加,后缓慢增加,最后逐渐稳定接近于0.5,定性分析和定量分析对仿真结果的解释具有一致性。

浮选气泡在搅拌槽中运动与变形数值模拟

本文旨在利用流体体积(Volume of Fluid,VOF)方法捕捉和界面重构,对单个三维气泡在搅拌槽中的运动进行了数值模拟,研究两相相互作用过程中气泡在搅拌槽中的运动及变形。在考虑表面张力和重力的情况下,实时计算了质量和动量守恒方程。压力-速度耦合通过SIMPLE方案实现,界面重构采用几何重构PLIC方案。本文分析了在搅拌槽中搅拌速度、气泡尺寸、表面张力、密度比、气泡初始位置对气泡运动与变形的影响。结果表明,搅拌产生的液体流动能够改变气泡的形状,而增加搅拌速度则能加速气泡的运动和变形过程;表面张力能够维持气泡的形状,阻止其发生变形;气泡初始尺寸与密度比影响气泡的速度,初始尺寸与密度比越大,速度越大,变形越明显;气泡的初始位置对气泡的运动轨迹和变形有影响,距离搅拌轴越近,所受液体流动的作用力逐渐增大,导致气泡的变形更加显著,到达搅拌区域的时刻更早。本文研究结果可对优化浮选工艺参数,提高矿物浮选效率提供理论参考依据。

立式搅拌釜中固-液混合特性模拟研究

研究固-液混合特性对生产效率、能耗等指标的优化具有重要意义,实际生产中立式搅拌釜应用较多,本文采用CFD方法和DEM方法从颗粒密度、粒径、搅拌速度和初始液面高度等4个方面对立式搅拌釜的颗粒混合特性进行了数值模拟研究,并且从速度场、湍动能分布和颗粒混合度3个维度来评判颗粒的混合特性。结果表明,在这些影响因素中,颗粒密度和搅拌速度对混合特性的影响最大,特别是当颗粒密度为1200 kg/m3时,相对标准差值达到0.5左右,说明混合程度较好;搅拌速度越大,混合性能越好;颗粒粒径对混合性能的影响较小,但粒径越小,越容易悬浮,粒径增大,混合程度降低;初始液面高度的改变导致固含率的改变,但是对固液混合性能基本不产生影响。

生猪屠宰废水处理工程实例

某大型生猪屠宰企业生产废水具有浓度变化大、有机污染物浓度高、悬浮物多等特点,呈红褐色并有明显腥臭味,采用气浮-水解酸化-两级AO-高密度沉淀为主的组合处理工艺,当进水COD、BOD5、SS、氨氮、总磷、总氮质量浓度分别为1844、767、864、54.4、4.52、87.6 mg/L时,出水质量浓度分别为46、21.7、12、3.74、1.75、8.74 mg/L,均符合企业内控要求和GB 13457—1992《肉类加工工业水污染物排放标准》中三级排放标准,达标后的出水进入产业集聚区污水处理厂处理。该处理工艺运行稳定可靠,抗冲击能力强,处理效果好,便于自动化运行操作和维护管理。

MCGS和S7-200 PLC液位温度自动控制系统设计

针对老式双储液罐液位温度控制系统具有自动化程度低且经常存在时滞现象的不足,提出了以MCGS作为上位机、西门子S7-200 PLC作为核心控制器的设计方案。首先对常规PID控制器、Smith预估器以及模糊控制器进行了研究,然后采用Smith-PID控制策略消除了时滞现象对控制系统动态性能的影响,最后,利用Matlab软件对不同控制策略进行了仿真比较。运行结果表明,系统运行稳定,方案设计合理,满足控制要求。

非线性双容水箱建模与预测控制

应用流体力学理论对双容水箱液位系统进行力学分析,采用机理建模方法,建立非线性数学模型。应用实测数据拟合模型参数,采用三组仿真/实测阶跃响应曲线,验证了机理模型。采用有约束一步非线性预测控制算法,并考虑了控制工程中多种实际约束问题,对双容水箱液位系统进行了实际控制。实验结果初步验证了控制算法,并进一步验证了模型的有效性。

新型三维内波及分层流水槽系统

本文提供了作者研制的三维内波及分层流水槽系统的背景技术资料。经源致三维内波的实验证实 ,利用该水槽系统中的双缸制取分层水系统可快速制取所需的分层水 ,不必利用分子扩散而 1次得到预先设置的密度剖面。同时 ,还介绍了利用该水槽系统进行的 1个典型的源致内波的内波增阻实验。从所获得的增阻实验结果得知 ,对于一给定的分层、拖曳速度和水下回转体 ,存在唯一 1个内Froude数使得强迫源受到最大的内波增阻。大量的实验证实 :该水槽系统是研究三维自由和强迫内波的 1个基本实验系统。

曝气池中气液两相流的数值模拟与实验研究

曝气在活性污泥处理方法中起着重要的作用 ,而曝气池中气液两相流流动规律对曝气作用的影响又至关重要 .本文通过实验研究了曝气池中气液两相流的流动问题 .在此基础上建立了气液两相紊流的流动模型 ,并采用单位体积方法进行求解计算 ,经比较表明实测值与计算值吻合较好 .

双容液位系统鲁棒自适应容错控制

针对双容液位控制系统的泄漏等故障,通过线性化建模,研究了鲁棒自适应主动容错控制问题。首先在系统无故障正常运行情形,考虑建模误差和外界干扰等不确定性,利用不确定性上界自适应估计,设计了鲁棒自适应控制器。与此同时,对系统进行故障监控,设计了故障诊断滤波器,并利用对不确定性上界的估计终值提出了一种新的故障检测算法,进一步基于神经网络故障逼近,研究了一种修正控制律的自适应鲁棒容错控制器设计方法,该控制器通过补偿故障所带来的影响使闭环系统最终一致有界稳定。最后,通过仿真试验,验证了提出的方法的有效性。

组态王和西门子S7-200PLC在双储液罐水位、温度自动控制系统中的应用

针对宁夏某厂老式的双储液罐,在原来手动控制的基础上进行改造,提出了基于组态王和西门子S7-200PLC的控制系统设计方案。该控制系统采用工控机和组态王组成上位机,西门子S7-200PLC及扩展模块组成下位机,可以对现场采集到的数据进行实时监控和集中管理,方便工程人员随时查看。现场运行表明:方案合理,系统运行稳定,取得了良好的控制效果。

二维矩形水槽晃荡过程的SPH方法模拟

新型LNG船的液仓内液体晃荡涉及非线性自由表面大变形运动。针对容器的运动所激发的内部流体的强迫晃荡问题,该文运用光滑质点水动力学(SPH)方法对二维矩形水槽的纵荡过程和纵摇过程进行了数值模拟。纵荡过程中边界处的自由液面高度的时间历程曲线与前人的结果相比符合较好,结果还显示了当激励频率接近容器一阶固有频率时出现了对容器上边界的砰击和自由水面的破碎现象,并分析了砰击作用对计算的影响;同时考虑纵荡和纵摇激励时,模拟表明当相位相同时波面的运动幅度最小,而相位差为180度时波面的运动幅度最大,并且其综合效果是非线性的。

反馈线性化方法在双容系统中的仿真应用

针对双容系统这一典型的非线性、多变量、时变的控制对象,为了提高系统跟踪性能,首先利用非线性微分几何理论中的输入-输出反馈线性化方法,即选择合适的系统输出,并对各分量连续求导直至其表达式中出现控制输入变量,当满足一定条件后通过一定的控制输入变量替换就可将系统全局线性化,进而可以利用成熟线性控制理论对得到的线性化子系统进行控制,从而实现闭环系统的指数稳定.仿真研究表明,所提方法是有效的,且设计的闭环系统具有良好的静、动态性能。

双水箱太阳能集中热水系统关键参数优化及建筑类型的适用性研究

为对供热水箱容积、供热水箱控制最低水位、补水泵流量、集热水箱放水温度等关键参数进行系统优化,建立典型的双水箱太阳能集中热水系统仿真模型,以太阳能保证率和集热效率为主优化指标。结果表明:部分工况下供热水箱容积的增大会引起太阳能保证率的增大,但集热器的集热效率会有所减小;对于供热水箱通过水位控制的双水箱太阳能集中热水系统,建筑类型对系统补水泵流量的影响较大;对于集热水箱到供热水箱的热水通过温差控制的热水系统,放水温度应大于用户用水温度;双水箱太阳能集中热水系统,更适于24 h连续供水的建筑类型。

基于虚拟现实的双容水箱动态仿真系统开发

利用Matlab的Simulink搭建并联的双容水箱模型,然后用VRML构造器V-Realm Builder生成三维虚拟现实场景,通过Matlab虚拟现实接口模块,实现Simulink仿真控制结构图与双容水箱液位控制系统的虚拟现实环境的连接,通过虚拟环境中建立的调节阀交互式输入传感器节点实现交互控制。该系统具有良好的人机界面和交互功能,对科研教学以及生产都有一定的作用。

间歇恒沸精馏分离异丙醇水溶液的节能研究

针对间歇恒沸精馏法从异丙醇水溶液中回收异丙醇能耗高的问题,研究了传统和新型操作方式对二元、三元间歇恒沸精馏的影响.结果表明:对二元间歇恒沸精馏过程,动态累积操作的产品馏份浓度、收率以及过渡馏份量和浓度同固定回流比操作相差不大,能耗可降低53.5%.对三元间歇恒沸精馏过程,采用固定回流比、全回流以及双塔釜交替式操作都可得到99.0%以上的异丙醇.同固定回流比、全回流操作相比,双塔釜交替式操作的异丙醇收率分别由39.3%和72.7%提高至84.2%,能耗分别降低63.4%和19.1%.因此,二元间歇恒沸精馏宜采用动态累积操作,三元间歇恒沸精馏宜采用双塔釜交替式操作.

强制循环双水箱间接太阳能热水系统可靠性研究

分析了影响强制循环双水箱间接热水系统可靠性的因素,提出了进行可靠性分析的思路。利用故障树和最小割集对系统进行定性分析,建立了系统任务可靠性模型;采用遗传算法对系统各个单元进行了可靠性优化分配。

球罐全自动电弧焊设备

研制了一种球罐全位置全自动电弧焊设备，此设备主要由二维记忆跟踪系统与有轨式爬行机构组成。其主要特点是：在焊接第一层时，跟踪系统的微机对二维传感器的数据进行分析处理与记录，并控制焊头进行二维实时跟踪；在焊接第二层至盖面焊缝的各层焊接过程中，微机系统依据记录的调节量数据来控制焊头，实现二维记忆跟踪与自动分层摆动焊接。焊接试验结果表明，该设备跟踪精度高，焊缝成形好，可以用于球罐的全位置多层自动焊接。

潜艇高压气吹除主压载水舱过程的数值模拟

采用结构化六面体网格对主压载水舱内部流场进行离散化,基于FLUENT流体计算软件,应用VOF两相流模型,对10 m及20 m水深时高压气吹除主压载水舱过程进行了数值模拟,研究了气液两相界面的形成及生长过程,深入分析了水舱排水速率的变化规律,并针对压载水的残留现象提出了实际操艇过程中需要注意的问题。仿真结果与现有文献中实体模型的实验结果吻合较好,均揭示了吹除过程中水舱内部压力及排水速率的波动现象,验证了数值模拟方法的准确性和有效性。为与实际情况相符,还提出了针对入口及出口边界条件的改进方案。