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1、目 录摘 要IABSRTACTII第一章 绪论11.1研究背景11.1.1干燥技术21.1.2回转干燥过程的分类介绍11.2回转干燥过程建模研究现状21.2.1回转干燥过程建模21.2.2回转干燥过程模型参数确定31.3回转干燥过程控制研究现状4 1.3.1智能控制算法研究现状4 1.3.2回转干燥过程变结构控制研究现状5 1.4研究目的及意义6 1.4.1研究目的51.4.2研究意义5 1.5论文主要内容及结构5第二章 回转干燥生产过程概述62.1回转干燥生产过程工艺及工作机理介绍62.2回转干燥生产过程机理模型82.2.1回转干燥生产过程质量平衡方程82.2.2回转干燥生产过程能量平衡方程
2、9 2.2.3干燥窑工况数据92.3回转干燥过程的参数分析92.3.1干燥速率的定义与计算方法92.3.2干燥速率数据获取实验92.3.3干燥速率的传统方法确定92.3.4干燥窑模型仿真及其分析92.4 本章小结10第三章 最小二乘支持向量机干燥速率建模113.1支持向量机简介113.1.1 SVM的基本思想223.1.2 SVM回归问题243.1.3 非线性SVM回归213.2最小二乘支持向量机建模原理及其参数优化方法133.2.1最小二乘支持向量机原理简介133.2.2免疫果蝇参数优化方法及其与其它算法对比实验153.3最小二乘支持向量机回转干燥过程建模实验453.4 本章小结16第四章
3、最小二乘支持向量机回转干燥过程建模的改进174.1多核最小二乘支持向量机干燥速率建模174.1.1多核函数理论184.1.2多核最小二乘支持向量机回归234.1.3基于固定尺度的多核最小二乘支持向量机回归建模784.2改进的最小二乘支持向量机回转干燥过程混合建模实验14.3本章小结22第五章 基于回转干燥生产过程的自适应模糊滑模变控制器设计335.1模糊控制介绍335.2滑模变控制介绍345.2.1滑模变理论345.2.2自适应模糊滑模变控制365.3自适应模糊滑模变控制器设计385.3.1控制器数学证明及设计385.3.2回转干燥过程的自适应模糊滑模变控制系统设计及仿真405.4 本章小结5
4、4第六章 总结与展望556.1 研究工作总结556.2 展望55参考文献57攻读硕士学位期间科研工作和发表的论文60致谢6158第一章 绪论1.1研究背景从古至今，干燥就是人类生产生活中必不可少的一项技术。在中国古人就开始用自然的方式风干和晒干谷物、茶叶、肉等等。在近代随着工业的大力发展，干燥技术也涉及到国民经济的各个部门，包括石油、食品、医药、橡胶、塑料、粉末冶金、陶瓷、电子、渔业、林产化工、生物化工、酿造等。1.1.1干燥技术1）干燥理论干燥就是从各种物料中去除湿分的过程，各种物料可以是固体、液体或气体，固体又可分大块料、纤维料、颗粒料、细粉料等等，而湿分一般是物料中的水分，也可以是其它溶
5、剂。干燥方法有三种：第一种是机械脱水法。机械脱水法就是通过对物料加压的方式，将其中一部分水分挤出。常用的有压榨、沉降、过滤、离心分离等方法。机械脱水法只能除去物料中部分自由水分，结合水分仍残留在物料中，因此，物料经机械脱水后物料含水率仍然很高，一般为4060。第二种是加热干燥法。加热干燥法也就是我们常说的干燥，它利用热能加热物料，气化物料中的水分。除去物料中的水分需要消耗一定的热能。通常是利用空气来干燥物料，空气预先被加热送入干燥器，将热量传递给物料，气化物料中的水分，形成水蒸汽，并随空气带出干燥器。物料经过加热干燥，能够除去物料中的结合水分，达到产品或原料所要求的含水率。第三种是化学除湿法，
6、此干燥法是利用吸湿剂除去气体、液体、固体物料中的少量水分，由于吸湿剂的除湿能力有限，仅用于除去物料中的微量水分。因此生产中应用很少。在实际生产过程中，对于高湿物料一般均尽可能先用机械脱水法去除大量的自由水分，之后再采取其它干燥方式进行干燥。本论文主要是针对采用第二种方法进行干燥的回转干燥窑进行研究。2）我国干燥技术的现状及发展趋势 中国干燥技术现状及发展趋势中国第一届干燥技术于1975年6月23日至30日在南京召开，至今30多年来干燥技术在中国不断的得到发展，许多的干燥技术已经得到了工业化应用，主要有喷雾干燥、流态化干燥、气流干燥、蒸汽回转干燥、回转圆筒干燥、旋转快速干燥、圆盘干燥、带式干燥、
7、双锥回转真空干燥、桨叶式干燥、冷冻干燥、微波及远红外干燥、粮食干燥等等。在干燥技术发展中分为理论研究与应用研究在理论研究方面来讲，从上世纪70年代到世纪初研究侧重点主要是提高能源的利用率；热点集中在干燥动力学，如王宝和对多孔介质的干燥动力学特性及其湿分迁移机理做了阐述并评述了薄层干燥的半理论模型、半经验模型和经验模型干燥动力学研究阐述干燥技术与设备 2009.7（1）：51-56；干燥操作机理；干燥过程的建模；自动控制；追求干燥过程的整体效益；进行复合干燥条件组合干燥器。未来的趋势主要是深入模型、模拟的研究如微孔级模型的建立、多相流的模拟、CFD模拟；复杂过程干燥器的干燥机理；在基础学科理论推
8、进下进行干燥机理与干燥传递过程机理的基础研究；针对特殊干燥设备，优化专门干燥工艺和设备的理论研究。从干燥应用方面来讲由于近年来国家一直提倡可持续发展和以人为本的战略方针，绿色低碳、节能环保、高产低耗、安全操作、易于控制、一机多用的趋势发展。具体来讲干燥技术未来将侧重于大量使用间接加热式干燥；使用组合式传热方式；使用模糊逻辑、神经网络、专家系统等高级算法来实现系统的建模和过程控制；产品质量及湿含量的在线测量等等。3）我国干燥技术中存在的问题及与国外的差距我国干燥窑存在的问题（1）干燥强度不够；（2）处理量小；（3）水分波动大，影响干燥效果；（4）温度波动大，窑体寿命不长；（5）环境污染严重，能源
9、利用率低；1.1.2回转干燥过程的分类介绍1）根据传热方式（1）直接传热式。干燥介质与物料在筒体内直接接触，把热量直接以对流和辐射的方式传给物料。它适用于对高温不敏感或不怕烟尘污染的物料的烘干。它具有热效率高、流体阻力小的优点。如生产水泥的原材料不怕高温，不怕污染（白水泥除外），因此应用这种流程的较多。（2）间接传热式。高温气体不与物料直接接触，而是加热回转筒体，筒体再把热量以传导的方式传给物料。烟气不再进入筒体内，而是直接排放。它适用于对高温气体敏感或怕烟尘污染的物料的烘干，或易扬尘的粉状物料的烘干，如煤的烘干。它的传热效率及烘干效率均较低，目前已很少采用。（3）复式传热式。烘干所需要的热量
10、，先由高温烟气加热筒体壁，进行间接传热，然后温度降低了的干燥介质再进入筒体内，与物料直接接触，进行直接传热。它适用于不能与高温气体接触，但不怕烟尘污染的物料的烘干。它的热效率比间接传热式高，但比直接传热式低，流体阻力较大。过去烘干原煤多采用这种形式的烘干机，但自从采用烘干兼粉磨的煤磨后，很少采用这种烘干机。2）根据物料与气体的流动方向（1）逆流式：逆流式干燥是指湿物料是从进料端进入烘干机，燃烧室是在排料端，在这个过程中，物料与热空气是做反向运动的，湿物料在运动的过程中因受热而被干燥。我们知道，顺流式干燥初期干燥推动力较大，以后随物料温度的升高，干燥介质的温度会随之降低，这比较适用于对最终含水量
11、(即干燥程度)要求不高的物料。逆流式干燥在干燥过程中，由于干燥推动力比较均匀，所以适宜于被干燥物 料要求较严的干燥。（2）顺流式：顺流式直接传热回转干燥窑它的燃烧室与湿物料进料在同一端，热气流与料流的运动方向是一致的，湿物料从进料端向排料端移动，热空气亦从进料端在鼓风机与引风机的作用下经排料端而流出，湿物料在此流动过程中受热空气加热而干燥。顺流式干燥窑由于给入的湿物料进入干燥窑就与湿度较高的干燥介质接触，初期干燥推动力较大，以后随物料温度的升高，干燥介质的温度降低。适宜于对最终含水量（即干燥程度）要求不高的物料。排出的干物料湿度较低。便于运输。但从产生粉尘来看，细物料易被气流带走。粉尘量较大。
12、逆流式烘干机在干燥过程中，干燥推动力较均匀，适宜于被干燥物料要求较严的干燥。干燥介质所带粉尘经湿料区而被滤清，气流中含尘量较少。1.2 回转干燥过程建模研究现状1.2.1 回转干燥生产过程建模回转干燥窑是一个非线性，多输入多输出，强耦合，时变，大时延的复杂的动态环境；对回转干燥窑的模型研究从上世纪60年代就开始了，常见的主要是基于机理模型的控制方法，根据烟气与物料流向不同分为顺流式静，动态模型和逆流式静，动态模型。主要有1963年Myklestad建立了逆流式回转干燥窑静态模型。1964年Sharples等人建立了顺流式回转干燥窑传热传质模型。1972年Thorpe将回转干燥窑分解成若干个理想
13、阶段，对每个阶段列些传热传质方程。1976年Najim建立了磷酸回转干燥窑静，动态模型。1979年Reay建立两个独立模型描述回转干燥窑。1980年Thorne与Kelly建立了预测石膏微粒在干燥过程中含水量动态模型。1982年Plain建立了顺流式回转干燥窑模型。1988年Brasil与Seckler建立了小颗粒肥料的干燥模型。1993年Douglas等人建立了糖厂逆流型回转干燥窑动态模型。随后Wang等人提出了糖厂回转干燥窑分布式参数模型并用多种方法预测热量的变化情况。1997年Duchesne建立了动态回转干燥窑仿真器，通过仿真检测燃料流量，二次空气流量对物料含水量及温度的影响。2002
14、年Helge建立了糖厂回转干燥窑动态模型，用来预测出料含水量及出口煤气流量。2003年Iguaz等人将窑体分成10个部分，每部分列写传热传质方程，建立了顺流型回转干燥窑模型。1.2.2 回转干燥生产过程模型参数确定在回转干燥生产过程模型中，干燥速率是其最重要的模型参数之一，干燥速率模型的精度高低对整个回转干燥过程模型的精度有直接的影响，然而由于回转干燥过程比较复杂，有很多的参数测不到或者是测不准都给干燥速率的准确获得带来了麻烦，因此，如今对回转干燥过程模型的研究主要放在模型的参数上。在研究中，人们运用了很多的手段去获取干燥速率，近年来的很多智能算法的出现让干燥速率建模有了新的工具，支持向量机便
15、是其中一种比较优越的建模算法，支持向量机方法是建立在统计学习理论的VC 维理论和结构风险最小原理基础上的，根据有限的样本信息在模型的复杂性（即对特定训练样本的学习精度，Accuracy）和学习能力（即无错误地识别任意样本的能力）之间寻求最佳折衷，以期获得最好的推广能力（或称泛化能力），他比其它的智能建模算法如神经网络以经验风险最小原理具有更好的泛化性能和学习能力。而最小二乘支持向量机是支持向量机的一种变形，所以本文运用最小二乘支持向量机对干燥速率进行建模研究。1）支持向量机研究这部分略写或不写由于支持向量机坚实的理论基础和它在很多领域表现出的良好的推广性能。目前，国际上正在广泛开展对支持向量机方法的研究，许多关于SVM方法的研究，包括算法本身的改进和算法的实际应用。我国在支持向量机研究始于八十年代末期，目前的研究大多都是对国外前沿成果的吸收与改进，注重于把其用于实际问题中去进行分类，建模，预测，软测量等方面的研究，主要针对有：图像检索，蛋白质预测，手写识别，文本分内，故障预测，污水处理，工业生产中的一些机理建模困难
