一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法，属于温度控制技术领域。所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法，建立反应釜温度预测模型预测温度，将预测温度和实际温度计算温度偏差，然后设计模糊PID反应釜温度控制方法，克服了反应釜的滞后性对控制精度的影响。同时还可以利用模糊控制的响应速度快，调节时间短，PID控制精度高的优势，来实现对温度的控制，从而提高了控制的准确性、稳定性、鲁棒性，确保了控制系统的性能，因此，所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法具有较强的实用性和应用价值。和应用价值。和应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法


[0001]本专利技术属于温度控制
，具体涉及一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法。

技术介绍

[0002]反应釜作为化工生产中常用的反应设备，其温度控制是保证反应过程稳定进行的关键。传统的PID控制算法在反应釜温度控制中应用广泛，但其存在响应速度慢、抗干扰性能差等问题。为此，研究人员提出了基于预测模型的温度控制方法，能够提高温度控制的精度和稳定性。
[0003]预测控制作为一种新的控制方式，已得到了广泛的应用。由于使用了多步测试、滚动优化和反馈纠正等控制策略，所以其控制效果很好，适合于不容易建立准确的数字模型，而且相对复杂的工业生产过程。因此，它一问世，就受到了国内外工程界的高度关注，并已经在石油、化工、电力、冶金、机械等工业部门的控制系统中获得了成功的应用。
[0004]近年来，模糊控制算法因其不依赖于被控对象，且反应迅速等优点，在温控系统中得到广泛的应用。专利CN108919850A提供了一种逆流式回转窑温度模糊控制方法级系统，所述温度模糊控制方法包括：检测所述回转窑的温度，计算所述回转窑的温度与目标值之间的温度偏差级所述偏差变化率，将温度偏差级温度偏差变化率作为模糊控制的输入变量；将输入变量变量模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量进行模糊推理和决策得到模糊输出量，并将模糊输出量解模糊化为控制输出量，其中控制输出量包括Kp、Ki、Kd，以及价格控制输出量输送至PID控制器控制回转窑温度。该专利利用模糊控制方法以及PID控制器结合有效解决温度控制问题。专利CN112680789A提供了基于模糊控制的HVPE温度控制系统及方法，公开了针对HVPE设备加热炉温度控制过程采用模糊控制与PID控制相结合的模糊自适应整定PID控制方法，通过控制算法的优化对滞后的系统状态进行自适应预测控制，从而提高控制精度。但上述两个现有专利存在以下一些缺点：自适应性低、控制精度弱以及无温度预测能力。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的缺点，本专利技术提供一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法，所述方法采用预测模型结合模糊PID控制算法，可以实现反应釜温度的精确控制。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法，包括如下步骤：
[0008](1)获取反应釜温度的实时数据，并对其进行预处理；
[0009](2)建立反应釜温度的预测模型，预测未来一定时间内的温度变化；
[0010](3)将预测温度与实际温度相比较，计算两者温度偏差；
[0011](4)将温度偏差输入模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器将输入信号模糊化，并依据模糊规则获得模糊量；
[0012](5)基于输出得到的模糊量，模糊自适应PID控制器对输出信号进行去模糊处理，计算得出冷却水阀门开度的PID增量，而后得到所需要的控制器输出信号；
[0013](6)将控制器输出信号输入到反应釜温度控制系统上，进行温度调节。
[0014]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(1)中，预处理包括去噪、滤波、降采样，以提高数据质量和降低计算复杂度。
[0015]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(2)中，预测模型使用的是模型预测控制方法，输入数据包括反应釜温度和时间，输出数据为预测温度，所述预测模型能够较为准确地预测温度变化趋势。
[0016]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(3)中，通过实时温度与模型的预测温度进行比较，得出模型的温度偏差，再利用模型的温度偏差来校正模型的预测温度，从而得到更为准确的将来输出的预测温度。正是这种由模型加反馈校正的过程，使预测控制具有很强的抗干扰和克服系统不确定的能力。不断根据系统的实际输出对预测做出修正，使滚动优化不但基于模型，而且利用反馈信息，构闭环优化控制。
[0017]作为本专利技术的优选实施方式，所述步骤(4)中，模糊自适应PID控制器采用三角隶属度函数的模糊PID控制算法，输入数据包括温度偏差、偏差变化率和偏差积分值，输出数据为依据模糊规则获得模糊量。
[0018]作为本专利技术的优选实施方式，使用模糊PID控制算法的方法包括：
[0019]S1：构建k时刻模糊PID控制器输出的冷却水阀门开度u(k)与k时刻釜内温度偏差e(k)及釜内温度偏差变化率Δe(k)的控制原理公式：
[0020]式中K
P
，K
I
，K
D
分别对应模糊PID控制系统中比例常数、积分常数、微分常数，e(i)是i时刻釜内温度偏差，k是当前时刻，i是第i时刻，模糊PID控制器釜内温度偏差变化率Δe(k)及其导数作为PID控制器输入，得出相应的PID控制器的参数增量ΔK
P
，ΔK
I
，ΔK
D
，因此K
P
，K
I
，K
D
会相应发生改变，进而实现校正；
[0021]S2：将温度偏差e(k)及温度偏差变化率Δe(k)的范围定义为模糊集上的论域，设PID控制器的输入变量e(k)、Δe(k)和输出变量ΔK
P
,ΔK
I
,ΔK
D
的模糊子集为{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}7个等级，即{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，而e(k)、Δe(k)和ΔK
P
,ΔK
I
,ΔK
D
的模糊论域分别为[
‑
3,3]、[
‑
3,3]和[
‑
0.3,0.3]、[
‑
0.05,0.05]、[
‑
2,2]；
[0022]S3：在PID控制器中，选择三角函数作为PID控制器输入变量的隶属度函数，选择高斯函数作为输出变量的隶属度函数，给出了相应的模糊子集的隶属度；基于隶属度分配表和各参数的模糊控制模型，利用模糊推理，设计PID参数的模糊矩阵，找出校正参数，代入式(1)至式(3)进行计算：
[0023]K
P
＝k
P
’
+{ei,Δei}
P
ꢀꢀ
(1)
[0024]K
I
＝k
I
’
+{ei,Δei}
I
ꢀꢀ
(2)
[0025]K
D
＝k
D
’
+{ei,Δei}
D
ꢀꢀ
(3)
[0026]式中:k
P
’
、k
I
’
、k
D
’
为PID参数初始值，可根据工程经验或测试数据选取；{ei,Δei}
p
、{ei,Δei}
I
、{ei,Δei}
D
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模糊控制的反应釜温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)获取反应釜温度的实时数据，并对其进行预处理；(2)建立反应釜温度的预测模型，预测未来一定时间内的温度变化；(3)将预测温度与实际温度相比较，计算两者温度偏差；(4)将温度偏差输入模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器将输入信号模糊化，并依据模糊规则获得模糊量；(5)基于输出得到的模糊量，模糊自适应PID控制器计算得出冷却水阀门开度的PID增量，而后对输出信号进行去模糊处理，得到所需要的控制器输出信号；(6)将控制器输出信号输入到反应釜温度控制系统上，进行温度调节。2.如权利要求1所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法，其特征在于，所述步骤(1)中，预处理包括去噪、滤波、降采样。3.如权利要求1所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中，预测模型使用的是模型预测控制方法，输入数据包括反应釜温度和时间，输出数据为预测温度。4.如权利要求1所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中，通过实际温度与模型的预测温度进行比较，得出模型的温度偏差，即两者的温度偏差，再利用模型的温度偏差来校正模型的预测温度。5.如权利要求1所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法，其特征在于，所述步骤(4)中，模糊自适应PID控制器采用三角隶属度函数的模糊PID控制算法，输入数据包括温度偏差、偏差变化率和偏差积分值，输出数据为模糊量。6.如权利要求5所述基于模糊控制的反应釜温度控制方法，其特征在于，使用模糊PID控制算法的方法包括如下步骤：S1：构建k时刻模糊PID控制器输出的冷却水阀门开度u(k)与k时刻釜内温度偏差e(k)以及釜内温度偏差变化率Δe(k)的控制原理公式：式中K
P
，K
I
，K
D
分别对应模糊PID控制系统中比例常数、积分常数、微分常数，e(i)是i时刻的釜内温度偏差，k是当前时刻，i是第i时刻，模糊PID控制器釜内温度偏差变化率Δe(k)及其导数作为PID控制器输入，得出相应的PID控制器的参数增量ΔK
P
，ΔK
I
，ΔK
D

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪亮，王艺霖，徐文光，杨开明，黄国勇，幸响云，谭建所，麦鴚，江佩瑶，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：