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动态矩阵预测控制算法在甲醇汽油生产过程控制中的应用研究

作　者: 金程程
导　师: 汤伟
学　校: 陕西科技大学
专　业: 控制工程
关键词: 集散控制系统先进控制算法预测控制动态矩阵预测控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

大型化、复杂化、高度自动化是现代工业生产的一个重要发展趋势。当前，工业过程趋近于复杂化，设备结构和生产工艺更加复杂，而且控制回路的要求更加严格，一系列棘手的问题随之涌现出来，强耦合、大时滞、非线性、控制目标多、数学模型难建立以及众多不确定性，这样就提出了更高的控制要求——高效安全、优质低耗。目前在工业控制系统广泛使用的是集散控制系统，它的核心部分仍然为简单的PID算法，不能很好地解决现代工业生产过程暴露出来的新问题。为了满足现代工业的发展要求，本文对集散控制系统中常用的算法进行了改进研究，以提高现代工业的控制水平。本文对动态矩阵预测控制算法进行了分析和仿真，将其和常规PID的仿真结果进行对比，分析结果表明DMC算法对于解决大时滞、强耦合、非线性等问题有明显的优势。基于陕西宝姜新能源有限公司的甲醇汽油项目，提出了该项目控制系统的设计方法和步骤。探讨将先进控制算法应用到集散控制系统中的基本方案，并将动态矩阵预测控制算法应用到集散控制系统中。文章的主要工作和总结如下：（1）对动态预测控制算法（DMC）的三个特点——预测模型、滚动优化、反馈校正进行了分析，提出了DMC算法的主要特征和优点。以单变量DMC算法为例，进行了仿真研究。将DMC算法和PID算法仿真的结果进行对比。（2）以PLC（可编程逻辑控制器）为系统的控制中心，利用西门子STEP7软件完成DCS监控系统的硬件组态和程序设计，西门子WINCC组态软件实现了系统的可视化操作及实时监控。（3）针对我国工控领域先进控制算法不能广泛应用到实际工业过程控制的状况，把研究重点放在如何将先进控制算法成功应用于集散控制系统。由于动态矩阵预测控制算法控制精度高、强抗干扰性、鲁棒性等特点，结合陕西宝姜新能源有限公司的甲醇汽油项目具体特点，选择将动态矩阵预测控制算法应用到甲醇汽油的生产过程中，对控制系统进行仿真，取得了较好的效果，并将其应用在实际项目中，获得良好的控制效果，提高了系统的控制水平。（4）根据甲醇汽油项目提供的生产要求，设计监控系统，通过对系统整体设计、编写程序、现场调试等，能够实现对罐区的高液位报警、可燃气浓度超限报警等顺序控制，以及对自动调和系统实现自动比例调和等控制任务，最终平稳运行，达到了系统控制要求。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-17
  1.1 本课题研究的目的与意义  11-12
  1.2 集散控制系统的概述  12-15
    1.2.1 DCS 的结构与特点  12-13
    1.2.2 DCS 的应用与发展  13-15
  1.3 本文的主要工作及内容安排  15-17
2 动态矩阵预测控制的基本原理及应用  17-27
  2.1 引言  17-18
  2.2 动态矩阵预测控制的基本原理  18-21
    2.2.1 预测模型  18
    2.2.2 滚动优化  18-20
    2.2.3 反馈校正  20-21
  2.3 动态矩阵预测控制的参数设计及仿真  21-27
    2.3.1 参数设置  21-24
    2.3.2 DMC 算法仿真  24-27
3 甲醇汽油 DCS 系统的设计  27-43
  3.1 项目概述  27-28
    3.1.1 系统概况及要求  27
    3.1.2 系统总体设计方案  27-28
  3.2 DCS 系统硬件设计  28-35
    3.2.1 硬件系统工作原理  29-30
    3.2.2 系统的硬件组态  30-33
      3.2.2.1 DCS 系统的 I/O 统计  30-31
      3.2.2.2 硬件组态  31-33
    3.2.3 系统主要设备  33-35
  3.3 DCS 系统软件设计  35-43
    3.3.1 系统组态设计功能  35-36
    3.3.2 WINCC 组态软件  36-43
      3.3.2.1 WINCC 的介绍  36-37
      3.3.2.2 主要监控画面的设计及实现  37-43
4 动态矩阵预测控制算法在 DCS 控制系统中的实现  43-51
  4.1 先进控制算法在 DCS 系统中实现的方式  43-45
  4.2 基于 OPC 技术的先进控制算法在 DCS 系统中的实现  45-48
  4.3 DMC 算法在甲醇汽油 DCS 系统中的应用  48-51
    4.3.1 DMC 算法的参数设置  48-49
    4.3.2 DMC 算法在实际系统中的应用  49-51
5 总结与展望  51-53
  5.1 本文工作总结  51
  5.2 未来工作展望  51-53
致谢  53-55
参考文献  55-58

动态矩阵预测控制算法在甲醇汽油生产过程控制中的应用研究

内容摘要

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