免费毕业论文--造纸过程定量水分解耦控制研究

1.1 本课题的意义纸是日常生活中不可缺少的重要消费品,也是工业生产的重要原料。随着社会生产和人们物质文化生活水平的提高,对纸产品的产量和质量要求越来越高。人们正在不断采用新的造纸工艺和设备,扩大纸机规模,提高纸机车速,提高纸的产量和质量。日益严重的世界性能源紧张和工业污染使得造纸生产过程变得越来越复杂,计算机自动控制在生产过程中已成为必然的手段。纸张定量和水分是纸张最重要的质量指标,实现对它们的严格控制,已成为纸品生产的首要目标。造纸工业在投资、能耗、原料消耗、水耗等方面往往超过重工业[1,4]。我国造纸工业技术落后,自动化程度低,绝大部分生产流程还是人工操作,限制了我国造纸工业的发展。制浆造纸生产工业过程系统,一般包括蒸煮、洗选、漂白、打浆、抄纸、蒸发、燃烧、苛化等工段。浆板经碎解后进入浆池,各层浆料由泵送至流浆箱,在网部复合成湿纸板，湿纸板经压榨部初步脱水,再进入干燥部进一步脱水，同时进行表面施胶及涂布压光,最后再卷成纸卷。制浆造纸过程是一个十分复杂的传质传热过程,具有高度的非线性,并且有干扰多、耦合严重、纯滞后大等特点。现代制浆造纸工业需要一个智能的集成系统,以定量和水分为最终质量指标,在稳定生产的前提下,提高控制精度,实现纸张抄造过程的卡边优化操作和造纸过程的计算机控制。1.2国内外定量水分控制发展状况国外造纸工业中的过程控制技术始于五十年代末，美国于1960年最早实现了造纸过程的计算机控制，在这之后的七年中又相继有40多套用于造纸过程控制的计算机系统投入使用。世界上许多已经生产了多种系统且相当成熟的定量水分计算机控制系统（BMS），目前，（BMS）已经发展为抄纸质量控制系统(QCS)。与国际上先进的控制系统相比，我国在这方面比较落后。在我国造纸企业中，1978年前还没有一套造纸机质量、水分计算机控制系统。到1978年，我国花费巨额外汇引进了几十套造纸机定量水分计算机控制系统（BMS），用于大型纸机的控制，取得了一些经验。与此同时，国内也开始从事BMS的开发研制，经过近20年的努力，已经有自己的产品系统并产生了一定的经济效益。与国外BMS或QCS相比，国产系统存在的主要问题是，整个系统的综合精度较低，稳定性较差，故障率较高。鉴于这种国产控制系统水平较低，全进口系统价格太昂贵的现状，我国造纸行业期待着部分关键设备进口，其余设备国内配置，控制软件自行研制物美价廉的BMS或QCS [5]。 1.3 定量和水分定量水分过程是一个有大时滞、强耦合、非线性、多干扰的多输入、多输出的耦合时变系统过程。表征成品纸质量的主要指标有定量和水分。当纸浆浓度一定时,影响定量和水分的主要因素是浆流量和蒸汽压力。对纸机定量水分控制系统的控制策略:当纸浆浓度一定时,纸浆流量和烘缸蒸汽压力二个基本测量控制回路保持这二个主要的参数稳定,从而使定量和水分基本稳定；对纸幅的定量和水分进行在线连续测量, 根据定量和水分的变化分别改变纸浆流量和蒸汽压力控制回路的给定值, 以纸浆流量来调节定量,以蒸汽压力来调节水分,使纸幅定量与水分的测量值与设定值的偏差尽量减小。定量和水分这两个指标不仅反映成纸质量,同时也影响到经济效益。这是因为含水量的高低与经济效益是直接相关的,因此对这两个指标要进行严格的控制。具有单个调节量的控制系统能够独立地控制被调量,但事实上大多数生产过程都不能仅在一个单回路控制系统作用下进行工作,诸调节量、被调节量之间是相互耦合和相互影响的[2]。成纸的定量和水份之间耦合较严重,因此对定量和水份的控制是多变量耦合系统。解耦控制则是使本来耦合的多变量系统分解为由多个独立回路组成的系统,从而得到较好的控制,系统解耦后可以对单回路进行设计,从而取得满意的解耦控制品质。1.4 解耦控制方法解耦的本质在于设置一个计算网络,用它去抵消过程中的关联,以保证各个单回路控制系统能独立地工作。对于多变量耦合系统的解耦方法有很多。(1)重新整定重新整定调节器是一种简单易行的解耦方法,根据系统的静态增益,重新整定调节器,对耦合较小的系统在实际工程中得到了很好的应用。但对于造纸过程,由于其属于强耦合系统对调节器参数重新整定效果不明显。(2)前馈补偿在关联非常严重的情况下,即使采用最好的回路匹配也得不到满意的控制效果。前馈补偿是自动控制中最早出现的一种克服干扰的方法,同样适用于解耦控制系统。 利用补偿原理, 可以分别解出补偿器的数学模型：D21=- ，D12= (3)对角矩阵传统解耦控制中角矩阵解耦法原理简单,解耦器的数学模型也容易推得。    =  求解D得：φ=   =φ  对角矩阵法在实际应用过程中往往存在很多问题,如解耦器可能是不可实现的,或者本身是不稳定,或者在模型稍有误差时即出现不稳定