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钨离子交换过程的在线分析与优化控制研究

作　者: 刘辉辉
导　师: 刘飞飞
学　校: 江西理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 离子交换在线检测神经网络软测量嵌入式控制系统优化控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钨的广泛应用和经济的发展使钨的需求量逐年递增，这导致我国对已探明钨资源过度开采，资源形势严峻。如何高效地利用钨矿原料和回收钨二次资源成为钨冶炼工业中的重要课题。传统离子交换工艺过程的检测和控制是采用离线化验和手动操作方法，这存在检测时间长、容易漏检、劳动强度大等缺点。为提高离子交换效率，降低劳动强度，缩减企业生产成本，研究能在线检测过程参数，自动控制流程切换的一套方法显得很有必要。本文在理解离子交换理论和工艺的基础上，参考前人的研究成果，运用软测量技术和预测控制方法实现钨离子交换过程自动检测与控制。提高了钨离子交换的效率，实现工艺流程间的准确切换。本文做了以下几方面的研究与探讨。1）分析了离子交换的微观过程，把离子交换过程分成了四个不同的阶段。使用菲克定律描述离子交换过程各个阶段的动力学过程，以离子交换热平衡原理为边界条件建立钨离子柱式交换过程的模型。设置不同的参数检验过程模型，对比模型预测结果和实验数据，根据这两者的误差，修正模型内难以测量的液膜厚度参数。2）根据钨离子交换工艺特点，探寻过程参数在线检测方法。根据钨酸钠溶液的物化性质，采用以温度-电导率两参数为辅助变量的软测量方案，重点介绍软测量模型的构建和求解。对比神经网络在软测量模型中的不同组织方式，分析各种形式的优缺点，最终采用输入为组分浓度、温度，输出为电导率的网络形式。此种形式采用多约束条件神经网络逆映射法求解软测量的待测参数，提高了软测量模型的命中率和预测精度。3）以钨离子交换工艺的手动操作流程为基础，分析自动化流程的控制需求。使用基于PC/104总线的嵌入式板卡和扩展功能模块构建控制系统。基于特定的硬件系统，分层次构建和配置相应的嵌入式软件平台。为涉及到的检测装置，执行装置提供基本的控制算法。4）根据离子交换过程控制的特点，探讨预测控制方法在离子交换过程控制中的应用。提出预测控制的基本方案，并对单输入变量预测控制算法进行初步仿真。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题背景和意义  10-11
    1.1.1 问题的提出  10
    1.1.2 国内外研究现状  10-11
    1.1.3 研究依据及意义  11
  1.2 离子交换工艺简述  11-13
  1.3 常用工控系统简述  13-15
    1.3.1 PLC 控制系统  13-14
    1.3.2 IPC 控制系统  14
    1.3.3 嵌入式控制系统  14-15
    1.3.4 各系统差异比较  15
  1.4 优化控制简述  15
  1.5 研究内容与创新点  15-17
第二章钨离子交换过程与建模  17-30
  2.1 钨离子交换过程  17-19
    2.1.1 交换过程动态  17-18
    2.1.2 交换结果表示  18-19
  2.2 钨离子交换理论分析  19-24
    2.2.1 钨离子交换树脂特性  19-20
    2.2.2 钨离子交换热力学平衡  20-21
    2.2.3 钨离子交换动力学分析  21-24
  2.3 钨离子交换过程建模  24-29
    2.3.1 模型的理论推导  24-26
    2.3.2 过程模型的求解  26-29
    2.3.3 模型的参数修正  29
  2.4 本章小结  29-30
第三章钨离子交换过程参数在线检测  30-48
  3.1 过程参数检测需求分析  30-31
  3.2 离子浓度检测原理  31
  3.3 钨酸钠溶液的物化性质  31-33
    3.3.1 钨酸钠溶液的电导率  32
    3.3.2 钨酸钠溶液的密度  32
    3.3.3 钨酸钠溶液的吸光度  32-33
  3.4 钨酸钠溶液软测量方案  33-36
    3.4.1 软测量模型建立  34-35
    3.4.2 软测量模型求解  35-36
  3.5 神经网络方法求解  36-45
    3.5.1 神经网络简介  36-37
    3.5.2 BP 神经网络  37-40
    3.5.3 多约束条件求解  40-44
    3.5.4 软测量结果分析  44-45
  3.6 溶液在线取样与变温  45-48
第四章控制需求分析与嵌入式平台构建  48-59
  4.1 控制需求分析  48-50
    4.1.1 工艺操作流程  48-49
    4.1.2 检测单元  49
    4.1.3 执行单元  49-50
  4.2 硬件平台  50-53
    4.2.1 运算核心选择  50-51
    4.2.2 扩展辅助单元  51-52
    4.2.3 数据采集与传输  52-53
    4.2.4 执行器件驱动电路  53
  4.3 软件系统  53-59
    4.3.1 操作系统平台  54
    4.3.2 设备驱动程序  54-56
    4.3.3 基础控制算法  56-57
    4.3.4 应用程序设计  57-59
第五章钨离子交换过程优化控制研究  59-64
  5.1 优化控制的必要性和可行性  59-60
  5.2 预测控制算法  60-61
    5.2.1 预测模型  60
    5.2.2 滚动优化  60-61
    5.2.3 反馈校正  61
  5.3 离子交换预测控制方案  61-64
    5.3.1 预测控制器组成  61-63
    5.3.2 控制参数确定及仿真  63-64
第六章总结与展望  64-65
  6.1 总结  64
  6.2 展望  64-65
参考文献  65-67
致谢  67-68
个人简历  68
攻读硕士学位期间发表的论文及获奖情况  68

钨离子交换过程的在线分析与优化控制研究

内容摘要

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