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《浙江大学》 2001年
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造纸过程的分层递阶智能控制系统

孙鑫  
【摘要】: 分层递阶智能控制理论是当前控制领域的研究热点之一,随着计算机 软、硬件技术的飞速发展和智能化技术的日趋成熟,各种模型和分析综合 方法层出不穷,新的理论和研究成果不断出现,并已在实际工程应用中显 示出巨大的威力和发展潜力。 本文结合造纸过程,讨论分层递阶智能控制在工业过程中的应用。充 分考虑到造纸系统本身是一个复杂的传热传质过程,干扰多、耦合严重、 纯滞后大等特点,对系统进行分层,采用Petri网、内模控制等优化算法对 系统进行了建模、控制及解耦,详尽阐述了造纸机定量水分专用控制装置 的设计方案、特点、相关的软硬件资料和控制策略的具体实施。深入分析 了分层递阶智能控制系统包括其建模、分析与控制,复杂工业生产过程的 优化控制等问题。以造纸工业过程为例,设计了一个具有三层结构的分层 递阶智能控制系统,是一个集生产、调度,控制为一体的综合自动化控制 系统。 本文主要的内容和所取得的主要成果如下: (1)详细分析和阐述了分层递阶智能控制系统的产生原因和发展过 程;全面、系统地概述了智能控制系统的研究现状和研究成果,并指出了 理论研究与实际应用中所存在的困难和一些亟待解决的问题。 (2)针对分层递阶智能控制系统协调级进行了理论研究。对Petri网理 论,调度的形成与算法,离散事件系统进行了详细的阐述。在研究混杂受 控Petri网(CtlHPN)的基础上,对其进行了离散化得到扩展时间Petri网 (ETPN),对从矩阵理论研究混杂受控Petri网提出了一种新的方法。用petri 网模型对现场总线进行模拟,建立了相应的即时时间Petri网(ITPN)。为 Petri网在工程技术领域的研究、现场总线的分析提供了一个新的思路。 (3)根据智能控制和Petri网理论、以造纸过程定量水分专用装置为研 究背景,讨论了分层递阶智能控制协调级在工业过程中的应用,并进行了 11 浙江大学博土188bet 建模和分析,实现规划、决策、学习等智能功能。 (4)深入讨论了预测控制系统的算法和系统的设计方法。首先介绍了 预测控制的产生,井对常规反馈控制与预测控制进行了比较,着重研究了 内模控制结构,本文中造纸过程定量控制采用内模控制,给出了内模控制 器设计方法,同时对系统的稳定性和鲁棒性进行了分析,来用多步预测、 滚动优化和反馈校正等控制策略,因而控制效果好、鲁棒性强,适用于控 ,-·———-—、.—一、b,、。。—。一,。———-,。_…,_、,-_t 制不易建立粕确数学模型且比较复杂的工业生产过程。 O 讨论了神经网络解耦智能控制系统。以输人输出模型表示的离散 时间多变量非线性系统的可解耦条件,在系统模型未知时,算法相当复杂, 无法进行工业应用。定量和水分是鉴定成纸质量的两个重要参数,但两者 之间存在着强耦合,两调节量与被调量之间相互影响,针对这一问题作者 对多种解祸控制方法进行了分析确定了以神经网络为解耦方式,并取得满 意的解耦控制品质,为进一步提高非线性解耦控制系统的鲁棒性提供必要 的基础。表明以多变量智能解耦控制技术在解决复杂工业过程的控制问题 是有效的。 O)结合造纸过程,讨论分层递阶智能控制级在工业过程中的应用。 首先分别对造纸系统工艺流程及机理和工况进行了分析,充分考虑造纸系 统本身是一个复杂的传热传质过程,干扰多、耦合严重、纯滞后大等特点, 采用内模控制等优化算法对系统进行了建模和控制,详尽阐述了造纸机定 量水分专用控制装置的设计方案、特点、相关的软硬件资料和控制策略的 具体实施。该方案能够根据系统具体工况的改变实时的调整控制决策,从; 而使得系统具有更快、更强的适应能力,而且能增加产量、节约原料使经 济效益大大提高。‘ 最后对全文进行了概括性总结,指出了理论和应用上有待进一步研究 的问题。并对智能控制理论的发展前景进行了分析与展望。
【关键词】:智能控制 解耦 Petri网 分层递阶
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TP273.5
【目录】:
  • 中文摘要3-5
  • 英文摘要5-8
  • 致谢8-13
  • 第一章 综述13-51
  • 1.1 分层递阶智能控制系统的提出13-17
  • 1.1.1 自动化技术的发展13-14
  • 1.1.2 分层递阶智能控制系统的首次提出14-15
  • 1.1.3 智能控制系统的特点和主要功能15-16
  • 1.1.4 智能控制研究的必要性16-17
  • 1.2 分层递阶智能控制分析17-25
  • 1.2.1 智能控制系统定义及结构18-19
  • 1.2.2 分层递阶智能控制系统概述19-20
  • 1.2.3 组织级20
  • 1.2.4 协调级20-21
  • 1.2.5 控制级21-22
  • 1.2.6 智能决策和控制理论的结合问题22-25
  • 1.3 分层递阶智能控制系统的发展状况25-29
  • 1.4 目前存在的问题29-31
  • 1.5 本论文立题依据31-32
  • 1.6 本文的主要内容32-33
  • 1.7 本文的主要贡献33-34
  • 参考文献34-51
  • 第二章 Petri网实现协调级功能51-93
  • 2.1 引言51
  • 2.2 Petri网理论51-73
  • 2.2.1 Petri网翻译器52-57
  • 2.2.2 赋时Petri网57-63
  • 2.2.3 受控Petri网63-68
  • 2.2.4 有色Petri网68-73
  • 2.3 离散事件系统73-79
  • 2.3.1 离散事件动态系统的建模与分析74-76
  • 2.3.2 实现理论76-77
  • 2.3.3 周期配置理论77
  • 2.3.4 稳定性77-78
  • 2.3.5 应用78-79
  • 2.4 总结79-80
  • 参考文献80-93
  • 第三章 分层递阶智能控制协调级在工业过程中的应用93-109
  • 3.1 引言93-94
  • 3.2 协调织的原理结构94-96
  • 3.3 Petri网翻译器96
  • 3.4 协调级结构的决策和学习96-98
  • 3.5 工业过程中的应用98-103
  • 3.5.1 纸机的工艺流程98-99
  • 3.5.2 用Petri网为系统建模99-102
  • 3.5.3 成纸的定量水分控制102-103
  • 3.6 结论103
  • 参考文献103-109
  • 第四章 预测控制109-127
  • 4.1 引言109-110
  • 4.2 预测控制特点110-111
  • 4.3 内模控制(IMC)系统的性质111-112
  • 4.4 内模控制器设计112-115
  • 4.4.1 稳定控制器设计112-113
  • 4.4.2 滤波器设计113-115
  • 4.5 造纸过程定量环内模控制115-118
  • 4.5.1 内模控制器方程116
  • 4.5.2 仿真及实验结果116-118
  • 4.6 自校正内模控制器118
  • 4.7 自校正内模智能控制系统118-121
  • 4.7.1 组织级设计119
  • 4.7.2 协调控制级设计119-121
  • 4.7.3 控制级设计121
  • 4.8 结论121
  • 参考文献121-127
  • 第五章 神经网络控制127-153
  • 5.1 引言127-130
  • 5.2 多层前馈网的反向传播算法130-132
  • 5.3 解耦控制132-142
  • 5.3.1 制浆造纸过程耦合分析133-135
  • 5.3.2 解耦方法135-142
  • 5.4 智能解耦控制系统142-145
  • 5.4.1 组织级142-143
  • 5.4.2 协调级143-145
  • 5.4.3 控制级145
  • 5.5 总结145-146
  • 参考文献146-153
  • 第六章 分层递阶智能控制控制级在工业过程中的应用153-179
  • 6.1 引言153-154
  • 6.2 控制级在工业过程中的应用154-162
  • 6.2.1 纸机工艺流程154-155
  • 6.2.2 系统建模155-156
  • 6.2.3 成纸的定量水分控制方案设计156-161
  • 6.2.4 系统的组态161-162
  • 6.3 专用控制装置162-175
  • 6.3.1 定量/水分专用控制装置总体方案设计162-166
  • 6.3.2 造纸专用控制装置软件资料166-175
  • 6.3.3 专用控制装置硬件资料175
  • 6.4 结论175-176
  • 参考文献176-179
  • 第七章 结束语179-183
  • 附录183

【引证文献】
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2 黄鑫;基于递阶智能控制的绵广高速公路监控系统应用研究[D];电子科技大学;2007年
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6 赵芸;基于OPC技术的造纸信息集成平台设计与开发[D];浙江工业大学;2008年
7 任俊利;基于多源海量数据分层递阶图表示模型的可视化信息融合的研究[D];燕山大学;2010年
8 张慧;空气源热泵热水系统的分层递阶多agent控制方法实现[D];长沙理工大学;2011年
9 兰军之;造纸过程集散控制系统的设计与实现[D];山东轻工业学院;2012年
10 张长胜;造纸机定量水份自适应计算机控制系统[D];昆明理工大学;2001年
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