氯丁橡胶合成塔温度及模糊控制

1、毕业设计方案毕业设计方案 题 目 氯丁橡胶合成塔温度的模糊控制 学 院 电气工程与自动化学院 专 业 电气工程及其自动化 班 级 电气0801 学 生 丁旭杰 学 号 20080302012 指导教师 申涛 二一二年四月二日 - 7 -济南大学学院 电气工程与自动化学院 专业 电气工程及其自动化 学生 丁旭杰 学号 20080302012 设计题目 氯丁橡胶合成塔温度的模糊控制 一、选题背景与意义1. 国内外研究现状、水平及存在的问题：(1)氯丁橡胶工艺1913年美国Du Pont公司研制出氯丁橡胶并将该产品投放市场1，氯丁橡胶由于它具有天然橡胶和其他合成橡胶无可比拟的综合优良性能，而且加工性

2、能好，能在苛刻而恶劣的环境下使用，且制品寿命很长，目前尚没有任何一种弹性体能能全面取代它，因此其在汽车零部件、电线电缆、阻燃运输带及粘合剂等领域获得了广泛的应用2。在新型弹性体不断挤占氯丁橡胶传统市场，国外氯丁橡胶制造商为增强产品竞争力在不断改进生产工艺、开发新品种和开拓新用途3：美国Du Pont Dow Elastomers公司近年开发适合同硫调节型氯丁橡胶并用的制造汽车发动机支座的高弹性、耐热氯丁橡胶，开发了耐热性好、初粘力强的粘杰型氯丁橡胶胶乳，开发不变色的甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯接枝氯丁橡胶乳胶等。美国Bayer公司为改进氯丁橡胶的热稳定性，开发了氯丁二烯同羧酸酰胺、羧酸酐和（

3、或）羧酸单体的共聚物，有低凝胶型也有高凝胶型，可作为改性剂同氯丁橡胶并用。日本电气化学工业公司开发了刚性与撕裂强度高的氯丁橡胶、减震氯丁橡胶以及刚性高与模塑性好的氯丁橡胶。日本东曹公司也开发减震专用的氯丁橡胶，并制得了软化温度高常温和高温粘接性能好、耐水性和稳定性高的氯丁橡胶胶乳。(2)温度模糊控制模糊控制就是利用模糊数学的基本思想和理论的控制方法。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。然而，对于复杂的系统，由于变量太多，往往难以正确的描述系统的动态，于是工程师便利用各种方法来简化系统动态，以达成控制的目的，但

4、却不尽理想。换言之，传统的控制理论对于明确系统有强而有力的控制能力，但对于过于复杂或难以精确描述的系统，则显得无能为力了。因此便尝试着以模糊数学来处理这些控制问题模糊技术是当今世界最新技术之一，其突出优点就是能模仿和描述人的思维方式，总结和放映人的经验，因此，其应用广泛，前景无限，单片机电机转速模糊控制系统和温度模糊控制系统，与传统控制系统比较，其设计简捷，具有实时性好、控制速度快、超调量小、对参数变化不敏感、稳定性好等优越性能，各国在模糊控制理论及应用技术的研究投入了大量的人力、物力，模糊控制已经作为一项新的工程技术在各国得到、广泛应用。它在蚕种催青4，电加热炉5，房间温度6，恒温培养箱温度

5、控制7，空调温度控制8，青霉素发酵罐温度控制9，食用酒精发酵温度控制10，真空干燥箱温度控制11，制冷机速度控制12,测试室温度控制13及智能冰箱温度控制14等方面都表现出其出色的控制能力和控制品质，并在竖式煤粉燃烧炉温度控制15，沸腾锅炉温度控制16，烧结竖炉燃烧温度控制17，干燥窑温度控制18，热风炉出口温度控制19, 锅炉蒸汽温度20等大型工业设备的控制上也表现出其他控制法所无法达到的优良效果。模糊控制在理论与实践上尚有如下一些问题未能解决：模糊化和反模糊化过程缺乏系统方法。总结模糊控制规则有时困难。控制规则一旦确定，不能在线调整，不能适用情况的变化。模糊控制器由于不具有积分环节，其稳态

6、精度不高。 上述问题的解决，有利于模糊控制的不断发展。2. 选题的目的、意义： 氯丁橡胶合成塔系统是流程工业中具有纯滞后、非线性等特点的被控对象模型。而模糊控制恰好可以针对其以上特点进行控制。本设计针对氯丁橡胶合成塔系统的特点设计了模糊控制器，从而有效的实现了对该系统的控制。通过对氯丁橡胶生产中合成塔的生产环节的工艺特点进行分析，采用模糊控制算法对合成塔进行控制，不但可以提高经济效益，而且降低设备耗损。模糊控制提出至今无论在理论上还是实际应用中都取得不错的发展，但是人们对模糊控制的研究与了解还很欠缺，因此模糊控制的研究者们提出了一些改进方案并解决了许多问题：（1）多点温度模糊控制系统21，通过

7、各种产品的热容量及生产率都不同，整定16次PID参数，实现温度的多点控制。（2）多模态温度模糊控制及其信号远传系统的设计22，以单片机为控制中心的多模态温度控制系统的控制方法。（3）基于温度模糊控制得多核处理器任务调度研究23，通过SIMULINK模糊仿真分析以及在P4双核处理器上将该算法嵌入至Linux内核调度器，实现任务调度，达到了降低处64%，处理器性能改善从3.3%提高到4.2%。（4）可编程控制器温度模糊控制系统设计研究24，采用欧姆龙PLC构成温度控制系统，运用模糊技术实现加温系统解耦控制。（5）一种单片机温度模糊控制系统的设计25，采用定时中断的结构核心为模糊控制器，实现温度模糊

8、控制器输入模糊化、模糊决策、输出逆模糊化等过程，进行实验研究。（6）基于小型PLC的温度模糊控制系统26，利用CDMA 1X网络完善的无线接入管理能力，监控范围不受地域限制，监控节点可以无限制自由增加，大大增强控制系统的自适应性和灵活性。（7）模糊控制在酸洗系统温度控制中的应用27， 采用模糊控制实现对酸洗段温度控制，使温度控制系统具有较快的响应速度，而且温度无震荡和超调现象，满足冷轧机组酸洗段温度的精度要求。（8）基于PLC的温度模糊控制设计28，对电阻炉的炉温使用三菱FX2N系列PLC设计了一套二维模糊控制器，实现电阻炉温的模糊控制，取得了较好的运行效果。（9）基于PLC的加热炉温度模糊控

9、制系统29，模糊控制在加热炉温度控制的应用，使系统具有更高的精确性和稳定性。二、设计内容1.模糊算法的特点以及模糊控制器的设计思想。2.氯丁橡胶合成塔生环节工艺特性，合成塔工艺特性的模糊控制器的总体设计方法。3.基于DCS系统的模糊控制系统， 通过对氯丁橡胶生产中合成塔的生产环节的工艺特点进行分析， 采用模糊控制算法对合成塔进行控制。4.在氯丁橡胶合成塔系统中加入了模糊控制器， 利用模糊控制器对纯滞后、非线性等系统的有效控制并且很好的改善了氯丁橡胶合成塔系统的性能。预期研究结果：在MATLAB软件中，利用模糊控制程序对氯丁橡胶合成塔建立模型，并进行仿真分析。预计可达到有效控制合成塔的温度，降低

10、风险。三、设计方案1.氯丁橡胶生产流程图：2.氯丁橡胶生产过程中，氯丁二烯会因温度过高引起爆炸，利用模糊控制系统对氯丁橡胶生产中合成塔的生产环节的工艺特点进行分析， 采用模糊控制算法对合成塔进行控制。在氯丁橡胶合成塔中加入模糊控制器，利用模糊控制器对纯滞后、非线性等系统的有效控制并且很好的改善了氯丁橡胶合成塔系统的性能。3.MATLAB模糊工具箱：为了方便使用模糊控制，我们可以使用MATLAB中的模糊工具箱（Fuzzy logical toolbox）来实现其功能。在命令行输入fuzzy，进入模糊推理系统编辑器，利用工具制造一个*.fis的文件，这个文件就是模糊控制器的核心，在SIMULINK

11、中和以往进行PID控制一样建立模型，在设计前，确定模糊控制器需要的输入端口、输出端口。4.熟悉模糊控制的研究背景与意义。5.了解模糊控制的基本原理，并应用到氯丁橡胶合成塔的温度控制中。6.了解MATLAB的原理。7.利用模糊控制的原理初步设计氯丁橡胶合成塔。8.用MATLAB进行验证设计方案。9.对实验结果进行分析与研究.四、参考文献1李贺，刘权毅.我国氯丁橡胶发展现状及展望J.弹性体，2011，21（6）：71-73.2王子生.国产氯丁橡胶生产工艺问题探讨J.特种橡胶制品，2010，31（2）：58-60.3张泗文.世界氯丁橡胶生产现状和前景J.现代化工，1998，（6）：37-38.4 刘

12、大铭.蚕种催青室温度模糊控制J.宁夏工程技术，2006，5（1）：36-38.5 刘大易，赵玉晓.电加热炉温度模糊控制系统设计J.锅炉制造，2010，（4）：57-64. 6杨春敏，王信用.房间温度模糊控制系统及其仿真J.能源技术，2003，24（3）：97-99.7 彭斐.恒温培养箱的温度模糊控制J.机电工程，2009，26（4）：84-86.8 秦晓红，霍正军.空调器温度模糊控制J.微机发展，2001，（2）：70-72.9 张粤.青霉素发酵罐温度模糊控制J.计算机测量与控制，2002，10（2）：115-117.10 连晋生，牛维芝.食用酒精发酵温度模糊控制J.电力学报，2000，15（

13、4）：248-251.11 路康，闫文科，周淑娟.真空干燥箱的温度模糊控制系统J.仪表技术与传感器，2008，（5）：99-101.12 C.Aprea R.Mastrullo C.Renno. fuzzy control of the conpressor speed in a refrigeration plant. International Journal of Refrigeration 27(2004) 639-648.13 张吉礼，孙德兴，欧进萍.测试室温度模糊控制实验研究J.技术交流园地 暖通空调HVAC,2002，32（3）：109-113. 14 韩俊峰，罗文广，张巍.智能

14、冰箱的温度模糊控制方法研究J.广西工学院学报，1998，9（4）：30-33.15 闵晓超，吕卫阳.竖式煤粉燃烧炉的温度模糊控制系统J.机械工程与自动化，2009，（4）：149-151.16 冯钻，邓洪军.沸腾锅炉温度模糊控制的实现J.小氮肥，2001，（9）:20-21.17 娄国焕，王建民，王汝琳.烧结竖炉燃烧室温度模糊控制J.控制理论应用，2006，（3）：26-28.18 王晓春，韩晓微，王淳良.干燥窑温度模糊控制系统的研制J.沈阳大学学报，2000，12（4）：14-18.19 吴学志，韩宪伟，滕丽娟、崔萍.热风炉出口温度模糊控制技术的研究.科普之窗：98.20 Xianglie

15、LIU ，Jizhen Liu Ping GUAN. Neuro-fuzzy generalized predictive control of boiler steam temperature. Journal of Control Theory and Application 2007 5（1）83-88.21 李绍民，刘雪厚，杨凤玉.多点温度模糊控制系统J.辽宁工学院学报，1995，15（1）：44-46.22 黄义新.多模态温度模糊控制及其信号远传系统的设计J.集美大学学报(自然科学版),2003，8(1):33-36.23 纪琮，祝永新，夏亮.基于温度模糊控制的多核心处理器任务调度研究J.电子测量技术，2009，32（1）：32-35.24 康斌栋，王志新，刘华平，白国振.可编程控制器温度模糊控制系统设计研究J.机电工程，1997：129-130.25 甄丽平，司绍伟，马艳玲.一种单片机温度模糊控制系统设计J.现代电子技术，2205，（17）：100-105. 26 郭犇，陈建明，董泳，王