《聚合反应釜温度控制系统设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《聚合反应釜温度控制系统设计（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、聚合反应釜温度控制系统设计摘要聚合反应机理复杂，是强放热反应，过程具有大滞后、大惯性、非线性等特性。温度、压 力、浓度及催化剂的活性与牌号等都对化学平衡产生重要影响。因此，反应釜温度控制的效果 将直接影响产品的质量及装置的正常运行，为此将反应釜温度控制回路列为重点监控回路，严 格将反应釜温度控制在要求范围内。传统的PID控制是一种基于过程参数的控制方法，具有控制原理简单、稳定性好、可靠性 高、参数易调整等优点，但其设计依赖于被控对象的精确数学模型，在线整定参数的能力差， 因反应釜机理复杂，各个参数在系统反应过程中时变。因而采用一般的PID控制器无法实现对 反应釜的精确控制。模糊控制和预测控制都
2、是对不确定系统进行控制的有效方法。本文将模糊 控制和预测控制结合起来运用于聚合反应釜温度控制器的设计，设计以聚合反应釜温度控制系 统为中心,从控制系统的硬件系统组成、软件选用到系统的设计。单片机以其功能强、体积小、 可靠性高、造价低和开发周期短等优点，成为自动化和各个测控领域中广泛应用的器件，在温 度控制系统中，单片机更是起到了不可替代的核心作用。在工业生产中，如用于热处理的加热 炉、用于融化金属的坩锅电阻炉等，都用到了电阻加热的原理。鉴于单片机技术应用的广泛性 和优越性，温度控制的重要性，因而设计一种较为理想的温度控制系统是非常有价值的。本文 就是根据这一思想来展开的。结果表明预测模糊控制作
3、为模糊控制和预测控制相结合的产物该控制方法具有使系统超调 量小、调整时间短、对系统参数变化和外界干扰有较强的鲁棒性等优点，是一种提高聚合反应 釜温度控制效果的有效方法。关键词：聚合反应 ；预测控制 ；模糊控制 ；单片机Summary of polymerization Kettle temperature controlsystem designABSTRACTPolymerization reaction mechanism for complex, is a strong exothermic reaction, process with large time delays, large
4、inertia, nonlinear and other features. Temperature, pressure, density and chemical equilibrium catalyst activity and grades, and so on have a major impact. Therefore, the effect of the temperature control of reactors will directly affect the normal operation of the quality of the products and equipm
5、ent, for which the reactor temperature control circuit as a key monitoring circuit, strictly within the reactor temperature control requirements. Traditional PID control is a control method based on process parameters, with the control principle of simple, good stability, high reliability, easy para
6、meter adjustment, and other advantages, but its design relies on precise mathematical model of the controlled object, poor online tuning parameters of power, reactor mechanism of complex, individual parameters in the system to time-varying reactions. Thus average PID controller to achieve precise co
7、ntrol of reactor. Fuzzy control and prediction control are effective methods of control for uncertain systems. This article combines the fuzzy control and prediction control applied to the design of polymerization Kettle temperature controller, design centered on the polymerization Kettle temperatur
8、e control systems, hardware system, from the control system design of the software to the system. Monolithic integrated circuit with its powerful, small size, high reliability, low cost and short development cycles, and other advantages, become widely used devices in the field of automation and cont
9、rol, temperature control system, single-chip computer a is at the core has played an irreplaceable role. In industrial production, such as heat treatment furnace, Crucible resistance furnace used for melting metal, are used to the principle of resistance heating. Given the breadth of application of
10、single-chip microcomputer and superiority, the importance of temperature control and temperature control system design of an ideal is a valuable. This article is based on this idea to expand. Results indicate that predictive fuzzy control as a product of the combination of fuzzy control and predicti
11、on control method of the control has a small amount of overshoot the system, adjust the time is short, on the system parameter change and outside interference robustness of strong advantages, is an effective method of improving the effect of polymerization Kettle temperature control.KEYWORDS：Polymer
12、izingkettle；Predictive control； Fuzzy logic control；temperature control；Single-chip ；目录摘要 IABSTRACT II第1章绪论11.1国内研究发展现状11.1.1研究现状11.1.2发展前景21.2选题背景和研究意义4第2章 聚合反应釜生产工艺和结构特点 62.1聚合反应釜工艺简介62.2聚合反应釜结构与工艺特点 6第3章 相关理论介绍 83. 1预测模糊控制算法的基本原理 8第4章 聚合反应釜控制方案 114.1预测模糊控制方案的选择 114.2聚合反应釜温度控制流程图 12第5章 系统硬件设计和设备选型
13、及调试 135.1温度控制器的选择 135.2单片机的选择 135. 3数据采集输入通道设计 155. 4输出控制电路设计 165. 5温度超限报警电路设计 175. 6键盘接口电路设计 175.7 LED显示接口电路设计 185. 8单片机温控系统的调试过程 19第六章 结论 21参考文献 22谢辞 23第 1 章 绪 论聚合反应机理复杂，是强放热反应，过程具有大滞后、大惯性、非线性等特性。 温度、压力、浓度及催化剂的活性与牌号等都对化学平衡产生重要影响。因此，反 应釜温度控制的效果将直接影响产品的质量及装置的正常运行，为此将反应釜温度 控制回路列为重点监控回路，严格将反应釜温度控制在要求范
14、围内。伴随着我国经济的发展 ,高分子聚合物在各个领域得到了广泛的应用 ,同时也 对聚合物的产品质量和生产过程自动化提出了更高的要求 ,比如碳纤维的生产研 制。在影响聚合反应的参数（如温度、压力、流量、速度等）中,最重要的是反应器 的温度控制,其控制品质直接影响产品质量和产量。间歇式反应釜具有时变、非线 性、反应机理复杂等特点,一直是过程控制领域的研究热点。但单纯的经典控制理 论难以在聚合反应釜温度控制上取得好的控制效果 ,所以建立起反应过程的数学模 型并对生产过程进行仿真研究,对于实现聚合反应过程的先进控制具有重要的理论 和实际意义。 本文全面的分析了反应釜温度变化的特点以及控制难点,在对反应
15、釜 夹套加热系统的传热原理系统分析的基础上 ,根据热量平衡原理和反应釜的热量传 递关系,采用机理建模和阶跃响应曲线方法建立了釜内温度的数学模型 ,并利用实 验数据和理论分析验证了模型的有效性。 在算法研究方面,参阅了大量的中外文献 并结合实际控制要求的基础上 ,提出了基于模糊控制的间歇反应温度控制系统 ,设 计了模糊 PID 自整定控制器,给出了详细分析步骤和控制算法研究。同时把常规 PID 控制和模糊 PID 自整定控制策略进行比较论证、仿真分析和研究。实验结果表明, 与常规的PID控制方案相比，该方案提高了系统的鲁棒性和适应性，较好的解决了反 应釜温度控制的难题,对其它类似的被控对象的控制
16、问题有一定的参考价值。 1.1国内研究发展现状 1.1.1研究现状自上个世纪70年代以来，由于工业过程控制的需要，特别在微电子技术和计算 机技术的突飞猛进发展以后及自动化控制理论和设计方法的推动下，国外温度控制 系统发展迅速并在智能化、自适应、参数自整定等发面取得成果，在这方面，一日 本、美国、德国、瑞典等国技术领先，都生产出了一批商品化的、性能优异的温度 控制器及仪器仪表，并在各行各业广泛应用。它们主要具有以下的特点：（1）适用于大惯性、大滞后等复杂温度控制系统的控制。（2）能够使用于受控系统数学模型难以建立的温度控制系统的控制。（3）能够适应于受控系统过程复杂、参数时变的温度控制系统。（4）这些温度控制系统普遍采用自适应控制、自校正控制、模糊控制、人工 智能等理论及计算机技术，运用先进的算法，适应的范围更广泛。（5）普遍温控器具
