氯丁橡膠合成塔溫度及模糊控制

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)方案畢業(yè)設(shè)計(jì)方案 題 目 氯丁橡膠合成塔溫度的模糊控制 學(xué) 院 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 班 級(jí) 電氣0801 學(xué) 生 丁旭杰 學(xué) 號(hào) 20080302012 指導(dǎo)教師 申濤 二一二年四月二日 - 7 -濟(jì)南大學(xué)學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生 丁旭杰 學(xué)號(hào) 20080302012 設(shè)計(jì)題目 氯丁橡膠合成塔溫度的模糊控制 一、選題背景與意義1. 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平及存在的問(wèn)題：(1)氯丁橡膠工藝1913年美國(guó)Du Pont公司研制出氯丁橡膠并將該產(chǎn)品投放市場(chǎng)1，氯丁橡膠由于它具有天然橡膠和其他合成橡膠無(wú)可比擬的綜合優(yōu)良性能，而且加工性

2、能好，能在苛刻而惡劣的環(huán)境下使用，且制品壽命很長(zhǎng)，目前尚沒(méi)有任何一種彈性體能能全面取代它，因此其在汽車零部件、電線電纜、阻燃運(yùn)輸帶及粘合劑等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用2。在新型彈性體不斷擠占氯丁橡膠傳統(tǒng)市場(chǎng)，國(guó)外氯丁橡膠制造商為增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力在不斷改進(jìn)生產(chǎn)工藝、開(kāi)發(fā)新品種和開(kāi)拓新用途3：美國(guó)Du Pont Dow Elastomers公司近年開(kāi)發(fā)適合同硫調(diào)節(jié)型氯丁橡膠并用的制造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)支座的高彈性、耐熱氯丁橡膠，開(kāi)發(fā)了耐熱性好、初粘力強(qiáng)的粘杰型氯丁橡膠膠乳，開(kāi)發(fā)不變色的甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯接枝氯丁橡膠乳膠等。美國(guó)Bayer公司為改進(jìn)氯丁橡膠的熱穩(wěn)定性，開(kāi)發(fā)了氯丁二烯同羧酸酰胺、羧酸酐和（

3、或）羧酸單體的共聚物，有低凝膠型也有高凝膠型，可作為改性劑同氯丁橡膠并用。日本電氣化學(xué)工業(yè)公司開(kāi)發(fā)了剛性與撕裂強(qiáng)度高的氯丁橡膠、減震氯丁橡膠以及剛性高與模塑性好的氯丁橡膠。日本東曹公司也開(kāi)發(fā)減震專用的氯丁橡膠，并制得了軟化溫度高常溫和高溫粘接性能好、耐水性和穩(wěn)定性高的氯丁橡膠膠乳。(2)溫度模糊控制模糊控制就是利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法。在傳統(tǒng)的控制領(lǐng)域里，控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模式的精確與否是影響控制優(yōu)劣的最主要關(guān)鍵，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的信息越詳細(xì)，則越能達(dá)到精確控制的目的。然而，對(duì)于復(fù)雜的系統(tǒng)，由于變量太多，往往難以正確的描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，于是工程師便利用各種方法來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)動(dòng)態(tài)，以達(dá)成控制的目的，但

4、卻不盡理想。換言之，傳統(tǒng)的控制理論對(duì)于明確系統(tǒng)有強(qiáng)而有力的控制能力，但對(duì)于過(guò)于復(fù)雜或難以精確描述的系統(tǒng)，則顯得無(wú)能為力了。因此便嘗試著以模糊數(shù)學(xué)來(lái)處理這些控制問(wèn)題模糊技術(shù)是當(dāng)今世界最新技術(shù)之一，其突出優(yōu)點(diǎn)就是能模仿和描述人的思維方式，總結(jié)和放映人的經(jīng)驗(yàn)，因此，其應(yīng)用廣泛，前景無(wú)限，單片機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)速模糊控制系統(tǒng)和溫度模糊控制系統(tǒng)，與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)比較，其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)捷，具有實(shí)時(shí)性好、控制速度快、超調(diào)量小、對(duì)參數(shù)變化不敏感、穩(wěn)定性好等優(yōu)越性能，各國(guó)在模糊控制理論及應(yīng)用技術(shù)的研究投入了大量的人力、物力，模糊控制已經(jīng)作為一項(xiàng)新的工程技術(shù)在各國(guó)得到、廣泛應(yīng)用。它在蠶種催青4，電加熱爐5，房間溫度6，恒溫培養(yǎng)箱溫度

5、控制7，空調(diào)溫度控制8，青霉素發(fā)酵罐溫度控制9，食用酒精發(fā)酵溫度控制10，真空干燥箱溫度控制11，制冷機(jī)速度控制12,測(cè)試室溫度控制13及智能冰箱溫度控制14等方面都表現(xiàn)出其出色的控制能力和控制品質(zhì)，并在豎式煤粉燃燒爐溫度控制15，沸騰鍋爐溫度控制16，燒結(jié)豎爐燃燒溫度控制17，干燥窯溫度控制18，熱風(fēng)爐出口溫度控制19, 鍋爐蒸汽溫度20等大型工業(yè)設(shè)備的控制上也表現(xiàn)出其他控制法所無(wú)法達(dá)到的優(yōu)良效果。模糊控制在理論與實(shí)踐上尚有如下一些問(wèn)題未能解決：模糊化和反模糊化過(guò)程缺乏系統(tǒng)方法?？偨Y(jié)模糊控制規(guī)則有時(shí)困難?？刂埔?guī)則一旦確定，不能在線調(diào)整，不能適用情況的變化。模糊控制器由于不具有積分環(huán)節(jié)，其穩(wěn)態(tài)

6、精度不高。 上述問(wèn)題的解決，有利于模糊控制的不斷發(fā)展。2. 選題的目的、意義： 氯丁橡膠合成塔系統(tǒng)是流程工業(yè)中具有純滯后、非線性等特點(diǎn)的被控對(duì)象模型。而模糊控制恰好可以針對(duì)其以上特點(diǎn)進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)針對(duì)氯丁橡膠合成塔系統(tǒng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了模糊控制器，從而有效的實(shí)現(xiàn)了對(duì)該系統(tǒng)的控制。通過(guò)對(duì)氯丁橡膠生產(chǎn)中合成塔的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析，采用模糊控制算法對(duì)合成塔進(jìn)行控制，不但可以提高經(jīng)濟(jì)效益，而且降低設(shè)備耗損。模糊控制提出至今無(wú)論在理論上還是實(shí)際應(yīng)用中都取得不錯(cuò)的發(fā)展，但是人們對(duì)模糊控制的研究與了解還很欠缺，因此模糊控制的研究者們提出了一些改進(jìn)方案并解決了許多問(wèn)題：（1）多點(diǎn)溫度模糊控制系統(tǒng)21，通過(guò)

7、各種產(chǎn)品的熱容量及生產(chǎn)率都不同，整定16次PID參數(shù)，實(shí)現(xiàn)溫度的多點(diǎn)控制。（2）多模態(tài)溫度模糊控制及其信號(hào)遠(yuǎn)傳系統(tǒng)的設(shè)計(jì)22，以單片機(jī)為控制中心的多模態(tài)溫度控制系統(tǒng)的控制方法。（3）基于溫度模糊控制得多核處理器任務(wù)調(diào)度研究23，通過(guò)SIMULINK模糊仿真分析以及在P4雙核處理器上將該算法嵌入至Linux內(nèi)核調(diào)度器，實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度，達(dá)到了降低處64%，處理器性能改善從3.3%提高到4.2%。（4）可編程控制器溫度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究24，采用歐姆龍PLC構(gòu)成溫度控制系統(tǒng)，運(yùn)用模糊技術(shù)實(shí)現(xiàn)加溫系統(tǒng)解耦控制。（5）一種單片機(jī)溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)25，采用定時(shí)中斷的結(jié)構(gòu)核心為模糊控制器，實(shí)現(xiàn)溫度模糊

8、控制器輸入模糊化、模糊決策、輸出逆模糊化等過(guò)程，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。（6）基于小型PLC的溫度模糊控制系統(tǒng)26，利用CDMA 1X網(wǎng)絡(luò)完善的無(wú)線接入管理能力，監(jiān)控范圍不受地域限制，監(jiān)控節(jié)點(diǎn)可以無(wú)限制自由增加，大大增強(qiáng)控制系統(tǒng)的自適應(yīng)性和靈活性。（7）模糊控制在酸洗系統(tǒng)溫度控制中的應(yīng)用27， 采用模糊控制實(shí)現(xiàn)對(duì)酸洗段溫度控制，使溫度控制系統(tǒng)具有較快的響應(yīng)速度，而且溫度無(wú)震蕩和超調(diào)現(xiàn)象，滿足冷軋機(jī)組酸洗段溫度的精度要求。（8）基于PLC的溫度模糊控制設(shè)計(jì)28，對(duì)電阻爐的爐溫使用三菱FX2N系列PLC設(shè)計(jì)了一套二維模糊控制器，實(shí)現(xiàn)電阻爐溫的模糊控制，取得了較好的運(yùn)行效果。（9）基于PLC的加熱爐溫度模糊控

9、制系統(tǒng)29，模糊控制在加熱爐溫度控制的應(yīng)用，使系統(tǒng)具有更高的精確性和穩(wěn)定性。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容1.模糊算法的特點(diǎn)以及模糊控制器的設(shè)計(jì)思想。2.氯丁橡膠合成塔生環(huán)節(jié)工藝特性，合成塔工藝特性的模糊控制器的總體設(shè)計(jì)方法。3.基于DCS系統(tǒng)的模糊控制系統(tǒng)， 通過(guò)對(duì)氯丁橡膠生產(chǎn)中合成塔的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析， 采用模糊控制算法對(duì)合成塔進(jìn)行控制。4.在氯丁橡膠合成塔系統(tǒng)中加入了模糊控制器， 利用模糊控制器對(duì)純滯后、非線性等系統(tǒng)的有效控制并且很好的改善了氯丁橡膠合成塔系統(tǒng)的性能。預(yù)期研究結(jié)果：在MATLAB軟件中，利用模糊控制程序?qū)β榷∠鹉z合成塔建立模型，并進(jìn)行仿真分析。預(yù)計(jì)可達(dá)到有效控制合成塔的溫度，降低

10、風(fēng)險(xiǎn)。三、設(shè)計(jì)方案1.氯丁橡膠生產(chǎn)流程圖：2.氯丁橡膠生產(chǎn)過(guò)程中，氯丁二烯會(huì)因溫度過(guò)高引起爆炸，利用模糊控制系統(tǒng)對(duì)氯丁橡膠生產(chǎn)中合成塔的生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析， 采用模糊控制算法對(duì)合成塔進(jìn)行控制。在氯丁橡膠合成塔中加入模糊控制器，利用模糊控制器對(duì)純滯后、非線性等系統(tǒng)的有效控制并且很好的改善了氯丁橡膠合成塔系統(tǒng)的性能。3.MATLAB模糊工具箱：為了方便使用模糊控制，我們可以使用MATLAB中的模糊工具箱（Fuzzy logical toolbox）來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能。在命令行輸入fuzzy，進(jìn)入模糊推理系統(tǒng)編輯器，利用工具制造一個(gè)*.fis的文件，這個(gè)文件就是模糊控制器的核心，在SIMULINK

11、中和以往進(jìn)行PID控制一樣建立模型，在設(shè)計(jì)前，確定模糊控制器需要的輸入端口、輸出端口。4.熟悉模糊控制的研究背景與意義。5.了解模糊控制的基本原理，并應(yīng)用到氯丁橡膠合成塔的溫度控制中。6.了解MATLAB的原理。7.利用模糊控制的原理初步設(shè)計(jì)氯丁橡膠合成塔。8.用MATLAB進(jìn)行驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案。9.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析與研究.四、參考文獻(xiàn)1李賀，劉權(quán)毅.我國(guó)氯丁橡膠發(fā)展現(xiàn)狀及展望J.彈性體，2011，21（6）：71-73.2王子生.國(guó)產(chǎn)氯丁橡膠生產(chǎn)工藝問(wèn)題探討J.特種橡膠制品，2010，31（2）：58-60.3張泗文.世界氯丁橡膠生產(chǎn)現(xiàn)狀和前景J.現(xiàn)代化工，1998，（6）：37-38.4 劉

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