造纸工艺中关键参数的PID控制 - 图文

南昌大学硕士学位论文

造纸工艺中关键参数的PID控制

姓名：黄国兵申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：黄劭刚

20100103

摘要摘要本论文从实际应用的角度出发，以中、小纸厂的经济型纸机定量、水分控制系统为对象，介绍了中、小纸厂的经济型纸机定量、水分控制系统的工艺流程、工作流程和此系统自动控制原理。针对这一系统的不确定、多变量强耦合、强非线性、大纯滞后、状态不完全可测、运行工况变化频繁等特性，考虑到用常规的数学方法建立模型的复杂性，因此用多元线性回归方法对此系统进行建模。本文再用ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制器和常规ＰＩＤ控制器对已建立的模型分别进行控制，通过理论分析和仿真实验证明了ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制器，和传统的ＰＩＤ控制器比较，有效的提高了过渡时间，保证了系统的品质，取得了很好的控制效果。关键词：ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制；数学模型；ＰＩＤ控制；ＭＡＴＬＡＢ仿真ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｐａｐｅｒｆｏｃｕｓｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｒｏｎｅｃｏｎｏｍｉｃｔｙｐｅ’Ｓｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｌｉｔｔｌｅｐａｐｅｒｆａｃｔｏｒｙ。Ｉｔｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｗｏｒｋａｎｄｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｏｆｏｒｅｃｏｎｏｍｉｃｔｙｐｅ’Ｓｑｕａｎｔｉｔｙａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｆａｃｔｏｒｙｌｉｔｔｌｅｐａｐｅｒａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’Ｓａｕｔｏｍａｔｉｃａｓｃｏｎｔｒｏｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅ。Ｂｅｃａｕｓｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｍａｎｙｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ｓｕｃｈｓｔｒｏｎｇｕｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｓｅｘｕａｌ、ｃｈａｎｇｅｆｕｌｌｑｕａｎｔｉｔｙ、ｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｅ、ａｒｅｎｏｎｌｉｎｅｓｅｘｕａｌ、ｂｉｇｐｕｒｅｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓａｎｄｓｔａｔｅｗｈｉｃｈｎｏｔｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｈｉｃｈｗａｉｔｆｏｒＡｎｄｉｔｉｓｃｏｍｐｌｅｘｔｏｕｓｅｐｒｏｐｅｒｔｙｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｒｏｕｔｉｎｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓｍｅｔｈｏｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｏｄｅｌ，Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，Ｔｈｅｂａｓｅｓｙｓｔｅｍ’ＳｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｕｓｉｎｇＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｉｌＭＬＲ（ｍｕｌｔｉｌｉｎｅａｒｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ）．ｕｓｉｎｇａｌｌｂｙｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ。ＴｈｒｏｕｇｈｏｎＢＰＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋａｎｄｂｙｕｓｉｎｇＰＩＤｓｙｓｔｅｍｅｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｒｏｂｕｓｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｌｌｕｍｉｎａｔｅｓｔｈｅＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄＢＰＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ，ｃｏｍｐａｒｅｄｔｈｅｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ，ｉｍｐｒｏｖｅｄｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌｔｉｍｅａｎｄｅｌｊｆ．ｅｃｔ．ｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄａｃｈｉｅｖｅｄｂｅｔｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎＢＰＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ，ｍａｔｈｍｏｄｅｌ，ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ，ＭＡＴＩ，ＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎⅡ学位论文独创性声明学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）期孱签字日期：吵年肛月铂学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权直昌太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名瓤签字日期：导师签名：遂似‰八签字日期：年月日。歹年，明哆侣第一章绪论第一章绪论１．１课题背景及意义现代造纸产业是国际经济的重要基础产业和支柱性产业。从全球看，其产值在全球制造产业中始终位居电信制造业和汽车产业之后，而居于钢铁产业和航空航天产业之前。在美国、加拿大、日本、芬兰、瑞典等经济发达国家，造纸业己成为其国民经济十大支柱产业之一。从国内看，我国现已成为世界第二位纸品消费大国和第三位纸业生产大国。世界各国己将纸及纸板的生产和人均消费水平，作为衡量一个国家现代化水平和文明程度的重要标志之一。近年来，随着我国经济的发展，国内纸张消费市场需求日趋旺盛，从９０年代到现在，全国纸和纸板的总消费量每年以１２％的速度递增，目前约为３４００－３５００万吨，已居世界第２位（仅次于美国）。从１９９６年以后，国内纸张总消费量高于总生产量，但从全国人均纸张消费量来看，至今只有２６公斤的消费水平，而与世界平均水平为人均５０千克，与发达国家如美国、日本的３００千克左右有着相当大的差距。因此，我国纸张产品市场蕴藏着巨大潜力。我国造纸产业是少有的消费量增长大于生产量增长的一个产业，巨大的市场空间表明了我国造纸产业是今后２ｌ世纪很有希望的“朝阳产业＂。我国虽已是世界上一个“造纸大国’’，但远远不是“造纸强国＂．从９０年代中期以后，国内纸业市场供求关系发生了很大的变化：一方面是以木浆为原料的高档产品短缺；而另一方面是国内许多企业所生产的低档纸张在市场上相对过剩，造成积压滞销。当国家由计划经济体制向市场体制转换之后，我国造纸产业结构上的问题和弊端严重暴露出来：产量不平衡矛盾愈来愈突出；原料结构不合理，木浆比重小，非木纤维比重大；高档产品生产能力小，现有企业产品档次低；企业数量多，规模小；大多数企业的装备水平比较低，工艺技术相对落后，物料消耗大，劳动生产率低，生产废水对环境造成污染相当严重等等。因此就必须走工业化道路，用高新技术和先进适用技术改造和提升传统产业。现在，工业自动化控制却越来越先进，控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统

第一章绪论合中、小纸厂的经济型纸机定量、水分控制系统工艺流程及工作过程，以及对抄纸过程可控性分析的基础上，介绍了中、小纸厂的经济型纸机定量、水分控制系统的控制方案。第三章，阐述了线性回归方法建立数学模型原理。然后用线性回归方法对中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统进行近似建模，并对模型进行了检验。第四章，主要介绍了ＰＩＤ控制算法和常规ＰＩＤ对中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统中浓度和压力的ＰＩＤ控制。第五章，建立了中、小纸厂的经济型纸机定量、水分的ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制系统原理图。然后运用ＭＡＴＬＡＢ语言，我们对中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的这两种控制系统进行了编程。运行程序后得到这两种控制系统的效果图，并进行比较分析，得出分析结果。，７第二章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统第二章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统２．１制浆造纸过程概况制浆造纸生产是一个十分复杂的工业过程系统。制浆过程一般包括蒸煮、漂白、打浆、抄纸、蒸发、燃烧、苛化等工段。造纸过程一般指纸浆经控制阀被送入网前箱，再从网前箱底部将纸浆均匀地喷射到铜网上，铜网将大部分水滤掉，经压榨进一步去水，再经高温烘缸将之烘干，同时对纸张进行表面施胶及涂布压光，最后在卷纸机上卷成纸圈。整个制浆造纸生产流程，大体可以分为以下三个阶段：制浆、流送部、干部，下面分别就其做以简单的介绍。２．１．１制浆过程工艺流程简介冀．吨Ｉｌ｝｝。争’ｌ一一【：■培奠｝．‘么小１确制Ｉ且｝上『１ｎ—ｌ一宰一。～薅。ＩⅢ：ｐ‘也ｂ『．ｔ－Ｔ．乏｝．●’毽毽‘舂撕凯戋黼投摊傅锻蝴Ｉ嘲凰Ｕ｝Ｉｋ唾图３．１制浆工艺流程图制浆过程工艺流程如图３．１所示，浆板或者废纸经过链板输送机送入到水力碎浆机中，通过水力碎浆机将其碎解成一定浓度的纸浆，由供浆泵泵入贮浆池备用；贮浆池中的纸浆由供浆泵泵入高浓除渣器中进行除渣，然后经由高频疏解机８第二章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统所产生的高频脉冲将纸浆中的一些碎纸片疏解送入叩前池备用；纸浆经供浆泵送入打浆设备（双盘磨），通过双盘磨两磨区旋转所产生的剪切力对纸浆中的纤维产生物理作用，改变纤维的形态，使纸浆获得某些特性，以保证抄造成的纸或纸板能满足预期的质量要求。经双盘磨打浆后的纸浆性能如果满足打浆度的要求，则进入叩后池，如果不满足要求则重新回到叩前池再次循环连续打浆。２．１．２湿部工艺流程简介湿部包括浆料流送设备、网部和压榨部。主要完成对浆料浓度的调节、过滤和脱水以形成连续的湿的纸幅，以及对纸页的脱水使纸幅固结。其工艺流程图如图３．２所示。流送设备的范围从纸机成浆池（也叫贮浆池）到流浆箱的堰板。纸浆经过配浆、加填和净化以后，具有适于抄纸的性能的浆料（通常称为纸料），在０．３～１．３％的浓度下进入造纸机的浆料流送设备，在这里，纸料经过浆流分布器和流浆箱对浆流的分布和匀整以后，均匀而稳定地流送到运动着的成形网（通常是神经网络控制算法在造纸过程中的应用研究铜网）的网面上。流送部分的动力源是冲浆泵，它混合浆料与白水（助剂），并将混合液送去流浆箱。冲浆泵是抄纸系统最大的一台泵，对它的要求是必须十分精确，流量和压力必须稳定，没有脉冲或波动，而且还要有在整个纸机操作范围内及时改变的能力。对冲浆泵提出要求的同时也就对助剂加入管道上的控制阀（称为定量阀）以及调浓白水管道上的调浓阀和高位箱出口管道上的阀门提出了更为严格的要求。图３．２湿部工艺流程图９第二章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统浆流在网案的胸辊中心线附近上网以后，逐渐地过滤、脱水，形成连续的湿的纸幅。网案上通常设有案辊、真空吸水箱、伏辊等成形脱水元件。当湿纸脱水到一定干度（通常是２０％ｈ：右）时，从网面剥离，送至压榨部继续脱水。纸机压榨部的主要目的是从纸页脱水并使纸幅固结，提供表面平滑度、降低松厚度和使湿纸页有更高强度以改进干燥部的抄造性能，较脆弱的纸幅从成形部传递过来，并在特制毛毯上经过一系列压榨辊压区后进入干燥部。造纸机的压榨部是由若干组辊式压榨组成。湿纸幅是由压榨毛毯支托着，在压辊间用机械挤压的方法脱水的。为了保持压榨毛毯的良好脱水性能，压榨上辊配设有毛毯洗涤装置。经压榨部后，湿纸幅的干度一般可达４０％左右。湿纸幅在纸机上的进一步脱水，通常是用加热蒸发干燥的方法，这就是我们下面要提到的干部所要完成的任务。２．１．３干部工艺流程在纸机生产过程中，湿部（包括流送、网部和压榨部）主要以自然滤水、真空吸引和加压方式进行脱水，湿纸水分达到５６＂－＇５８％，已是最终极限，为此不得不以加热蒸发方式将剩余的水分除去，干燥部就是为此目的而设的。压榨之后，纸页行经干燥部，借蒸发脱去残余水分。在传统纸机上，干燥热能是借一系列充满蒸汽的旋转大直径烘缸转移到纸张上的。庞大的干燥部是纸机在投资上最为昂贵的部分。由于高能耗，它的运行费用也是最贵的。整个干燥部又可分为通风系统、三段供汽和干部损纸三大部分。（１）通风系统为了提高干燥过程的工作效率，在用“热＂的同时，用“风＂也是非常重要的。热是由向烘缸中送入蒸汽来供给；而从湿纸中蒸发的水分，则由循环空气给排出去。目前，多数造纸企业采用的设备是密闭气罩。根据密闭气罩内的温湿度和微差压调节密闭气罩内的排送风量；实现袋区通风和整个车间通风的远程控制。干燥部的通风有自然风的进入、下干部的热风干燥、纸张干燥过程中的横吹风或袋通风以及全封闭或半封闭气罩的排风等。（２）三段供汽系统纸页干燥是造纸工艺中极为重要的一个环节，所以纸机干燥部的控制十分重要。而干燥部的核心环节是纸机烘缸供汽部分的控制，其优劣将直接影响到成纸的质量及生产成本的高低。如果干燥不当，则会形成纸幅强干燥，出现纸ｌＯ第二章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统病、粘缸等一系列的质量问题，而且会导致热效率低，耗汽量增加，从而使得抄造率、成品率下降或成本增加等现象。普遍认为，纸机干燥部采用三段供汽是热能利用率较高的一种形式。三段供汽系统主要负责纸机烘缸的供汽和排水控制。供汽包括进汽压力控制、烘缸进出口压差控制和闪蒸罐内冷凝水液位控制。为了节省安装位置，烘缸被分成上下两排或上下多排。纸和纸板在干燥过程中存在收缩现象，所以又将所有烘缸分成几组传动，使其速度便于调整以减轻纸张因收缩而产生的应力。在烘缸之后，通常装有一个或两个冷缸、一根弹簧辊，借以增加纸张表面水分的含量，达到压光后提高平滑度的目的。弹簧辊还有调整纸幅张力的作用。靠湿端的若干个烘缸及最后的冷缸表面部装有刮刀，以便清除烘缸表面的纸沫。车速较高的纸机，要求装设蒸汽分管道、各蒸汽端的疏水器、汽水分离器水泵等。其工艺流程图如图３．３所示。湿纸页从压榨部出来先进入三段，由右至左经二段和一段烘缸组，从施胶模糊控制算法在造纸过程中的应用研究后一段出来至卷取部。整个过程中纸页在烘缸上干燥，是利用纸面和烘缸表面的接触，使纸受热从而提高纸内水分子的温度，破坏水分子和纸纤维之间的结合力，使液体水汽化为水蒸汽而进入周围空气中。图３．３三段供汽工艺流程图

第二章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统２．３本章小结本章主要介绍了以常用箱板纸为代表的生产工艺流程和工作流程，在分析了中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的特点和控制可行性的基础上，介绍了中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的ＰＩＤ控制方案。这些为下一章奠定了基础。１７第三章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统建模第三章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统建模由上一章可知，中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统是一个有耦合作用的双输入双输出的系统。但是此系统的输入量蒸汽的变化不影响输出量纸的基重，只影响输出量纸的湿度，因此在输入量浓度和输出量基重之间存在线性关系，可以用线性回归方法建立两者的数学模型；而输入量蒸汽和浓度与输出量湿度之间的关系，也可以用线性回归方法来建立它们之间的数学模型。下面介绍线性回归方法。３．１线性回归方法这类方法就是通过对生产过程历史数据的回归分析，建立质量指标的数学模型。在线性回归方法中，多元线性回归（ＭＬＲ）应用是最广泛的，主元回归法（ＰＣＲ）和部分最小二乘法（ＰＬＳ）都是从ＭＬＲ方法中派生出来的。由于在后面的实际应用中，我们采用了多元线性回归方法来建立数学模型，所以在此详细介绍该方法的原理。在多元统计中，多元线性回归分析是指多个自变量对多个因变量的线性回归（简称多对多），首先给出多对多的线性回归模型【翊。设有Ｐ个因变量（输出变量）只，乃，只，ｇ个自变量（输入变量）Ｘ。，Ｘ：，．．．，Ｘ。，对于疗次独立观察，多元线性回归模型可写为：】厂＝Ｘ卢＋ｓ其中：（４．１）ｙ，。，ｙ。２＇”少ｈ（４．２）＝（ｙ。，ｙ：，．．?Ｙ．）。ｙ：ｌＹ：ｔ，ｙ矿‘少：。Ｙ，ｒｙ，：，．．少一１８第三章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统建模（４．２）式是因变量观测矩阵，为ｐｘｎ阶。自变量设计矩阵如式（４．３），为（ｑ＋１）ｘｎ阶。１７１，１，…，１∥７Ｚｌｌ，Ｚ１２，”．ｘｌ”尸７（４．３）Ｘ＝Ｉｚ２Ｉ，ｘ２２，．．Ⅸ扫＝ｂ。，ｘ２＇．．．，ｘ。）＝Ｊ．工ｆＩ，Ｚｆ２，．．‘＇Ｘ弘：ｘ（ｇ）’∥卢ｏｌ＇卢。ｌ，．”卢一卢啦，艮…／３，：∥７（４．４）＝（卢ｏ＇卢ｌ＇．．．，ｐ。）＝Ｉ‘卢∥卢Ｉ，＇…，卢妒式（４．４）是回归系数矩阵，为ｐｘ（ｑ＋１）阶。一７￡ｌｌ，Ｓ１２’“匹¨∥’Ｓ２１，￡２２，…Ｓ２＾＝（ｓ。，ｓ：，…，ｓ。）＝Ｉ。（４．５）￡ｐ１，￡ｐＰ…，￡ｐ，Ｉ：ｓ（ｐ）７式（４．５）是误差矩阵，为ｐｘｎ阶。＾问题的解为未知参数向量ＪＢ的估计值Ｊ６Ｉ，最常用的方法是最小二乘法。其原理如下：１９第三章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统建模设回归系数矩阵卢＝［卢ｃｌｙ，卢ｃ２ｙ，．．．，ｐｃｐ，ｒ］ｒ的最小二乘解ｃ以下简称Ｌｓ估务＝［卢Ａ（１）Ｔ，卢Ａ（２）Ｔ，．．．，卢Ａ（ｐ）ｒ］２至０最ｄ、，贝０有：ｃ４．６，台是使得每个误差平方和ｓ，（口ｔ。）：◇‘ｎ—ｘｒ卢‘勺７（ｙ∞一ｘ７ｐｍ）＇（ｉ＝ｌ＇２，．．．’ｐ）达（４?７）台＝ｙ‘Ｄ１ｘ７（ｘｘｒ）ｄ＾（１）７ｐ＾（２）７＾９●（４．８）卢＝＝ｒｘ７（ＸＸｒ）一１●●＾（ｐ）７．９显然，当ｒａｎｋＸ＝ｑ＋ｌ时，上式是方程：卢ⅨＸ７）＝】，Ｘｒ（４．９）的唯一解，称式（４．９）为多对多的正规方程组，如ｒａｎｋＸ＜ｑ＋ｌ时，正规方程组有不定解，可用广义逆表示如下：刍＝ｒＸ７’（ｘｘｒ）一（４．１０）当正规方程组（４．９）求得卢的ＬＳ估计务后，便可建立多对多回归方程（预第三章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统建模测方程）：Ｙ＝ｐｘ（４．１１）具体写出便是：“＾＾＾Ｙｌ＝ｆｌｏ，卢。。ｘｔｔ．．＋ｐ卵ｘｇ“＾Ａ＾ｙ２卢∞＋卢。：ｘｔ屯¨＋卢，歹２“（４．１２）＾＾＾－－－－ｆｌｏｐ卢。，ｘ－ｔ¨＋卢驴勋将设计矩阵Ｘ的刀个列向量Ｘ，（／＝ｌ，２，．．．，拧）分别代入式（４．１２），并写成矩阵形式，就得到相应的回归值（预测值）矩阵：多＝刍ｘ＝ｒＸ７’（ｘｘ歹）一ｋ实测值矩阵ｌ，与预测矩ＭＹ之差：（４．１３）：：】，一ｐ：】，一ＹｘＴ（ｘｘ丁）一１ｘ式（４．１４）称为残差矩阵，而称（４．１４）Ｑ：：＾：（Ｙ－Ｙ“），，ｙ今、Ｑ＝ｓ：。’（】，一功为残差交叉乘积矩阵。（４．１５）（４Ｊ５）线性回归的实质是实际对象函数关系在操作点附近忽略了其高阶项的一阶泰勒展开式。它主要用于处理线性关系的数据，因为大量的实际测量之间的关系属于线性关系。而非线性关系在某一区域里也可借助级数展开近似为线性形式。因此，线性回归方法也可用于非线性关系的处理。本文运用线性回归方法分别建立基重与浓度以及湿度与蒸汽、浓度的数学模型时，需要这四者之间的历史数据。２ｌ

第四章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的硬件和软件设计第四章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的硬件和软件设计前面讲述中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的建模，这一章主要讲述ＰＩＤ在中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统中的应用。４．１数字ＰＩＤ简介自从计算机进入控制领域以来，用数字计算机代替模拟计算机调节器组成计算机控制系统，不仅可以用软件实现ＰＩＤ控制算法，而且可以利用计算机的逻辑功能，使ＰＩＤ控制更加灵活。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用ＰＩＤ控制技术最为方便。因此，ＰＩＤ控制技术在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法，在机电、冶金、机械、化工等行业中获得了广泛的应用。ＰＩＤ控制，实际中也有ＰＩ和ＰＤ控制。根据系统误差，利用比例（Ｐ）、积分（Ｉ）和微分（Ｄ）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称ＰＩＤ控制器。４．１．１数字ＰＩＤ的组成和算法ＰＩＤ控制器是一种线性控制器，它根据给定值，．Ｏ）与实际输出值ｙＯ）构成控制偏差：Ｐ０）＝，．Ｏ）－ｙＯ）（２．１）图２．１数字ＰＩＤ控制器２７第四章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的硬件和软件设计在数字ＰＩＤ控制算法中，以一系列的采样时刻点后ｒ代表连续时间，，以矩形法数值积分近似代替积分，以一阶后向差分近似代替微分，即可得离散ＰＩＤ表达式：个ｋ，ｌ－娴＝后ｐ㈤＋参∑ｅ（Ｏ＋等㈣＿触伽Ｏ－ｉ２．２（』ｆ１ｐ‘，）＝ｋｐ酮＋ｋｉｅ（ｊ）Ｔ＋ｋｄ［ｅ（ｋ）?酗‘１）】／Ｔ式中，娴为ＰＩＤ控制器在七时刻的输出，Ｐ（七）＝，．（七）．ｙ（七）为ｋ时刻的误差，，（七）为设定值，Ｊ，（七）为对象的输出，后，为ＰＩＤ控制器的比例增益，Ｔ，为丁ｄ为微分时间常数，丁为采用时问。且积分时间常数，蔚＝ｋｐ／昂ｌ（ｄ＝ｋｐ珊，七为采样序号，ｋ＝ｌ，２，．．．，口（七一１）和Ｐ（七）分别为第ｋ—ｌ和第ｋ时刻所得的误差。（１）比例环节：成比例地反映控制系统的偏差信号Ｐ（，），偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。（２）积分环节：主要用于消除静差，提高系统的无差度。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分环节“。积分项对误差取关于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减少，直到等于零。因此，积分作用的强弱取决于积分时间常数丁，，丁，越大，积分作用越弱，反之则越强。（３）微分环节：自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在干扰和惯性，控制作用的变化会落后于Ｐ９）的变化。为此，在控制器中引入微分环节。微分环节能预测误差变化的趋势，可提前克服误差变化引起的不良控制效果，使系统的稳定性变好。Ｔ。越大，微分作用越强，系统越稳定，反之则越不稳定。第四章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的硬件和软件设计４．１．２ＰＩＤ参数的整定ＰＩＤ控制器的参数整定是ＰＩＤ控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程的特性确定ＰＩＤ控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。ＰＩＤ控制器参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一，理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进行调整和修改。二，工程整定方法。它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行，且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。ＰＩＤ控制器参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式对控制其参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的控制器参数，都需要在实际运行中进行最后调整和完善。并且ＰＩＤ参数一经整定，在以后的实际运行中就不能进行在线更改。４．２纸浆浓度的硬件设计可以表示为：舻点赢一ｎ圆圆—一Ｘｌ４．３蒸汽压力调节的硬件设计Ｘ２＊第四章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分系统的硬件和软件设计可以表示为：ｘ：４．４本章小结本章主要介绍了常规ＰＩＤ对中、小纸厂的经济型纸机定量、水分ＰＩＤ控。第五章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制的探讨第五章中、小纸厂的经济型纸机定量、水分ＢＰ神经网络ＰＩＤ控制的探讨５．１人工神经网络的概述５．１．１人工神经网络模型神经元是人工神经网络的基本处理单元，类似于生物神经元，它一般是一个多输入／单输出的非线性元件。神经元输出除受到输入信号的影响外，同时还受到神经元内部其它因素的影响，所以在人工神经元的模型中，常常还加有一个额外的输入信号，称为偏差，有时也称为阈值或门限值。一个具有，－个输入分量的神经元如图２．２所示。其中输入分量Ｙ．（，２１’２，．．．ｒ）通过与和它相乘的权值分量Ｗ，（／２１２，．．．，．）相连，以杰ＷｊＸｊ的形式Ｊ＝ｌ求和后，形成激活函数厂（．）的输入。激活函数的另一个输入是神经元的偏差ｂ。输入神经元图５．１单个神经元模型权值Ｗ，和输入Ｘ，的矩阵形式可以由缈的行矢量以及Ｘ的列矢量来表示：Ｗ：【Ｗｌ，Ｗ２，…Ｗ，】神经元模型的输出矢量可表示为：３ｌＸ＝Ｉｘｌ，Ｘ２．“Ⅸ，】（５?１）

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