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智能控制在蒸馏水生产过程中的应用

作者: 来源: 发布时间:2018-2-11 16:12:47  点击数:486
1 引 言
医药用高效蒸馏水机是各医药行业不可缺少的设备,传统的蒸馏水机完全靠手工操作,不仅工作人员工作环境差,而且调节精度不高,很难实现实时监控。当生产完毕采样检测产品质量时,若出现问题只能废掉,造成极大的浪费。因而,蒸馏水机高效、准确的自动控制系统是提高医药质量、减轻工作人员劳动强度的重要保证。
2 工艺特点
蒸馏水机的数学模型较为复杂,其热交换回路与主蒸汽压力、温度及原料水的压力、流量关系紧密,非线性且耦合紧密。另外,纯汽输出回路和冷却水回路都是热交换回路的强烈干扰源。因而若想建立精确的数学模型十分困难。在蒸馏水生产过程中需要控制两个重要参数。一个为蒸馏水在出口处每平方厘米的电导,即电导率;另一个是蒸馏水在出口处的温度,简称出口温度。电导率一般用调节原料水的阀门开度来控制;出口温度一般用调节进入热交换器的蒸汽流量来控制。当蒸汽流量增加时使出口温度增加,同时也使电导率减小。同样原料水阀门开度的变化也会引起电导率和出口温度的变化。目前,许多蒸馏水生产设备的这两个参数大都是处于手动(或人工)控制状态,因而蒸馏水的质量往往不容易保证。
从控制的角度看,此过程是一个典型的双入双出、强耦合系统,而且蒸馏水机系统本身具有大滞后、非线性、时变、强干扰等特性,因此,传统方法设计的系统控制器在实际应用中无法获得满意效果。
3 神经网络解耦器[1]
根据系统特点,这里采用多变量非线性系统的神经网络自适应开环解耦控制算法,设计神经网络开环解耦补偿器。根据工艺分析,蒸馏水机系统的广义系统成为近似无耦合系统。我们设计了神经网络解耦器nd1、nd2使解耦后的广义对象成为一个无耦合的对象,然后使用单回路控制器c1、c2进行控制。


为使广义对象开环解耦,先断开控制器,在神经网络解耦器的输入端x1端加入输入信号,若已实现解耦,y2应等于0,这样神经网络解耦器nd1的指标函数为

在实际生产过程中,被控过程具有单调上升或单调下降的特性,也就是说,y是关于u′的单调上升或单调下降函数。当y关于u′是单调上升时sign反之为-1,网络结构为一个输入层,一个中间层和一个输出层,输出层仅有一个节点。激励函数为双曲正切函数,网络的输入输出关系可以表达为:



当nd1和nd2确定后,c1和c2可以按单回路来设计,这样从u=x+u′就可以确定控制输入u。
4 仿真研究[3]
用简单的飞升曲线法对某蒸馏水机进行降阶处理,最后得到简化的某蒸馏水机的热交换过程系统数学模型为:

式中:r1为原料水阀门开度;y1为电导率;r2为蒸汽阀门开度;y2为出口温度。
针对对象的仿真数学模型,采用如前所述的神经网络解耦控制算法,对系统进行了大量的仿真实验。逐个改变被控制对象的参数,控制系统都具有良好的控制效果。图4—1和图4—2为参数变化时的仿真结果。
通过大量仿真研究表明,文中所述的解耦算法规律简单,整定参数不必辨识和建模,大致设计一组参数就能工作,且适应时变对象的能力强。分析和仿真表明神经网络自适应解耦控制算法具有较强的鲁棒性,对非线性、时变、多输入多输出系统具有较好的控制效果。
图4—1 r1=1时仿真曲线


5 结束语
采用上述神经网络解耦控制技术,设计了蒸馏水机自动控制系统,成功的应用在六效裂管式蒸馏水机ld2000/6gg中。实际运行结果表明,文中提出的神经网络解耦控制器结构简单,易于工程实现,自适应能力强,实时性好,适用于大时滞系统,控制效果明显优于手动操作及经典控制方法,具有良好的使用及推广价值。
[参考文献]
[1] 柴天佑.多变量自适应解耦控制及应用[m].北京科学出版社,2001.
[2] 刘镇清.人工神经网络bp算法的改进及其在无损检测中的应用[j].测控技术2001,(3).
[3] 薛定宇.控制系统计算机辅助设计—matlab语言及应用[m].清华大学出版社,1996.

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