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基于SVM的盘磨间隙软测量技术研究

作　者: 赵艳子
导　师: 汤伟
学　校: 陕西科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 盘磨间隙软测量神经网络支持向量机
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 34次
引　用: 1次
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内容摘要

磨浆是制浆造纸过程中不可或缺的环节，起着举足轻重的作用，它直接影响着成浆的质量和产量，生产效率以及资源能耗。盘磨间隙测量与控制是保证磨浆质量指标高低的一个重要标度，其作为磨浆设备的关键技术之一，一直深受国内外研究者的关注。然而，目前国内大多采用的接触式测量方法，只适合于测量初始盘磨间隙，而磨片磨损对测量的影响却并未考虑；而采用非接触式测量，虽然解决了上述问题，但对传感器的性能和材质要求特别高，且购买成本太高，一般很难达到。这也决定了直接测量方法虽然被普遍采用，但精度有待提高。本课题是在未央区科技计划项目（201001）“APMP制浆工艺优化及关键设备控制”资助下完成的。在了解磨浆过程工艺机理的基础上，经过分析与借鉴前人研究成果，针对盘磨间隙在线直接测量存在的精度问题，提出了直接测量与间接测量（基于支持向量机的软测量）相结合的方法，探讨盘磨间隙测量的新方向，本文主要工作及成果如下：1）盘磨间隙软测量数学模型研究由于磨浆过程的复杂性，使得盘磨间隙直接测量精度很难实现，文中提出直接测量与软测量相结合的思想。通过学习和分析，得出利用比较容易测量的二次变量(辅助变量)间接测出盘磨间隙，在该软测量模型中，主导变量为盘磨间隙，辅助变量为浆流量，浆浓度和电能耗。分别采用基于支持向量机和神经网络，以及基于poly核函数和RBF核函数两组对比进行仿真，探索适合盘磨间隙测量的软测量模型，仿真结果表明：基于RBF支持向量机更适合本研究盘磨间隙软测量模型的结论，进一步说明了支持向量机是基于小样本的，全局最优以及泛化能力强的学习工具。利用软测量得到的结果，对直接测量值进行修正，先算出软测量与直接测量在可行域下的差值，盘磨间隙的最终值为直接测量值加上所得差值。2）盘磨间隙测量技术工业实现研究本文结合宁夏美利纸业磨浆过程，设计了一种盘磨间隙测量技术在DCS控制系统开发平台上的实现方法。硬件开发选用西门子S7-400PLC作为平台，软件开发选用Step7和WINCC作为平台，上位机除了WINCC界面设计，还要实现与MATLAB的对接，将该测量技术嵌入到工业控制系统中，真正意义上实现理论实践相结合的思想目标。3）工作总结与未来研究展望将软测量技术应用在盘磨间隙的测量中，避免测量依靠硬件的局限性，真正实现盘磨间隙软测量技术的工业化途径，并为以后研究工作提供了新的方向，使课题更有意义地在线指导磨浆过程盘磨间隙的实时控制。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-23
  1.1 选题的目的和意义  11-13
  1.2 磨浆理论与盘磨间隙研究现状  13-21
    1.2.1 磨浆机理介绍  13-17
    1.2.2 盘磨间隙的定义  17-19
    1.2.3 盘磨间隙测量方法的国内外研究  19-21
  1.3 课题研究的主要内容及章节安排  21-23
2 盘磨间隙软测量方案  23-30
  2.1 软测量技术介绍  23-25
  2.2 直接测量和软测量方法的比较  25-26
  2.3 盘磨间隙软测量建模分析  26-30
    2.3.1 盘磨间隙软测量的影响因素分析  26-28
    2.3.2 盘磨间隙软测量二次变量计算原理  28-30
3 基于 SVM 的盘磨间隙软测量数学模型研究  30-55
  3.1 机器学习方法  30-41
    3.1.1 神经网络简介  31-32
    3.1.2 支持向量机  32-40
    3.1.3 支持向量机与神经网络之比较  40
    3.1.4 本节小结  40-41
  3.2 核函数  41-45
    3.2.1 几种典型核函数  42-43
    3.2.2 四种核函数的选取比较  43-45
  3.3 盘磨间隙软测量模型  45-52
    3.3.1 盘磨间隙软测量建模实施框图  45
    3.3.2 基于支持向量机的软测量数学模型  45-48
    3.3.3 神经网络与支持向量机的仿真比较  48-50
    3.3.4 基于两类核函数的支持向量机仿真对比  50-52
  3.4 盘磨间隙测量方法的提出  52-55
4 盘磨间隙测量技术在工业中的应用研究  55-67
  4.1 集散控制系统(DCS)  55-58
    4.1.1 集散控制系统(DCS)的组成介绍  55-57
    4.1.2 集散控制系统(DCS)的特点  57-58
  4.2 磨浆过程 DCS 控制系统设计  58-62
    4.2.1 磨浆过程上位机设计  58-60
    4.2.2 磨浆过程下位机设计  60-62
  4.3 盘磨间隙软测量模型在 DCS 系统中的实现  62-67
    4.3.1 盘磨间隙软测量辅助变量测量仪表  62-65
    4.3.2 软测量技术在工业中的实现  65-67
5 总结与展望  67-69
  5.1 全文工作总结  67-68
  5.2 未来工作展望  68-69
致谢  69-71
参考文献  71-75
附录 A  75-77
附录 B  77-79
攻读硕士学位期间发表的论文  79
参与的科研项目及获奖情况  79-81

基于SVM的盘磨间隙软测量技术研究

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