基于智能控制的黄磷炉电极调节研究

作     者：王毅 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林景栋

授予年度：2009年

学科分类：08[工学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 

主      题：黄磷炉 专家系统 仿人控制 模糊控制 

摘      要：黄磷是一种重要的化工原料,广泛应用于社会生产中。从最初的熔炉法到现在普遍采用的电炉法,生产的规模越来越大,生产技术越来越成熟。但由于其生产工艺的限制,其高能耗、高污染的生产特性的始终未得到较大的改善。 电炉法生产黄磷的三相黄磷炉其实质是一种三相电弧炉,通过电能加热为黄磷生产的化学反应提供能量,其电能加热的效率直接影响黄磷生产的能耗,电能的加热效率是直接通过对黄磷炉的电极精准调节体现,而黄磷炉的电极调节系统三相电极位置和三相电流之间具有非线性、高耦合的特性,传统的控制理论无法很好地解决电极调节平稳、反应迅速的控制要求,因而目前国内大部分黄磷生产仍处于手动生产的模式。 本文针对目前黄磷生产控制的状况,以贵州开磷集团黄磷厂3#黄磷炉改造为应用背景,首先分析黄磷炉制热的特性,根据制热特性在一定条件下推导出电极调节和电能制热的数学关系模型,通过该数学模型分析三相电极之间的耦合状态和非线性关系,提出以电极电流为参考的仿人智能控制直接控制电极的升降,利用模糊控制具有逼近任意非线性函数特性,将电极之间的耦合看作为相互之间非线性函数的扰动,以模糊控制逼近该扰动函数,将实际检测的电极电流和该模糊控制逼近的扰动函数之差作为仿人智能控制的电流反馈,以消弱三相电极耦合程度,并结合现场的生产专家知识,构建成基于智能控制的黄磷炉电极调节系统。并按照该系统的控制算法和现场实际生产状况,对算法进行具体的实际应用;①专家系统用于根据生产经验对黄磷炉炉况进行判别和分析。②仿人智能控制用于对电极的调节进行直接控制,与PID相比具有调节时间短、超调量小等优点,并根据黄磷生产实际,提出仿人控制运行级和参数调节级算法推导及应用。③针对模糊控制输入和输出的具体要求,提出不同的具体的隶属度算法,根据实际的推理规则按照最小推理机推理算法并应用中心平均反模糊算法,求出模糊查询表,以其作为本文模糊控制的核心植入控制系统中。根据具体的算法应用,利用MATLAB对所设计的控制系统仿真,仿真结果表明,仿人智能优于传统的PID控制算法,结合模糊控制后,整个黄磷炉控制系统具有良好的鲁棒性,控制效果明显优于传统的控制模式。该系统现已经成功应用于开磷集团,整个黄磷生产实现了自动化、网络化,大幅降低生产人员的劳动强度,并取得可观的经济效益。