间歇蒸煮过程的模型辨识与监控

作     者：单鸿亮 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙优贤

授予年度：2004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：间歇蒸煮过程 子空间辨识 多元统计分析 主元分析 过程监视 

摘      要：间歇蒸煮作为制浆造纸生产普遍采用的方法，是一个典型的间歇生产过程。为达到保质、高产、节能的目的而进行的蒸煮过程质量控制和过程监控，蕴含很大的经济潜力。提高蒸煮纸浆质量是一项系统工程，除了实施先进的现代管理体制外，更主要的是要提高控制精度，快速有效地检测过程的异常和故障，保证最终的纸浆质量符合要求。在对蒸煮进行质量控制和过程监控时，往往需要建立描述纸浆质量以及生产过程的系统动态模型。利用模型预测纸浆质量，设计最优控制策略。但由于工作条件不断变化，间歇过程系统的数学模型发生变化，使得质量先进控制策略实施面临较大困难，所以通过辨识方法得到系统的模型一直是控制和故障诊断领域研究的热点。实际间歇蒸煮过程中，时常有某些干扰影响连续多个批次，导致纸浆质量逐渐漂移出控制限的情况。另外，可能会发生纸浆质量的均值小偏移，这也许不会立刻导致质量超出控制限，但会增大后续批次出现废浆的风险。常规多元统计过程监控在检测上述过程变化时并不十分有效。 本文目的是给出一种间歇蒸煮过程多元统计监控框架，提高检测过程异常的能力。将过程的模型辨识和质量监控结合起来，把连续过程建模中提出的子空间辨识方法应用到间歇蒸煮过程。建模过程不是独立的考虑单个批次，而是从连续批次这个整体上考虑辨识一个批间相关的随机状态空间模型，利用模型对蒸煮批次整体的运行情况进行质量控制和监控。论文主要在建模理论上做了一些研究，并以间歇蒸煮过程为背景作了一些仿真研究。主要内容包括： 1、介绍了间歇制浆蒸煮过程工艺、反应机理，总结了间歇蒸煮过程建模和控制的发展历史与研究现状，简要介绍了常用的建模方法和控制策略，分析了间歇蒸煮纸浆质量控制和过程监控存在的问题。基于此提出了本文的研究方向。 2、对多元统计过程控制常用的分析方法进行了介绍和总结，如主元分析、多向主元分析。概述和总结了多元统计过程控制中常用的统计量和基本处理方 浙江大学硕士学位论文 法包括主元模型、产统计量、Q统计量、多变量统计控制图等。为应用打下理 论基础。· 3、介绍了基于子空间的状态空间系统辨识概念、原理和优点。提出了间 歇过程基于子空间状态空间模型辨识的一般方法，建立了间歇过程变量在线预 测模型。介绍了辨识模型用于间歇过程监视的步骤和一些改进措施。 4、在上述研究的基础上，以间歇蒸煮为应用背景，对过程输入输出数据 进行子空间辨识，建立了状态空间模型，应用于该过程的纸浆质量控制和过程 监视。进行了仿真研究，并分析了其结果和作用。 最后对全文进行了概括性的总结，并指出了其它有待深入研究的问题和今 后工作的重点。