煮糖结晶过程智能控制算法的研究

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煮糖结晶过程是制糖工艺中的重要环节,同时又是一个具有强非线性的复杂化学物理过程。煮糖工艺的关键是控制糖液的过饱和度,使其保持在适当的范围,使晶粒能均匀、整齐地生长。而在实际的生产过程中,物料的纯度和浓度在不断地变化,生产工艺条件如真空或蒸汽压力经常波动,这些因素都直接的影响了糖液的过饱和度。由于煮糖控制本身受干扰的因素很多,其时变性和非线性等差异很大,因此建立一个反映进料量与过饱和度之间精确的数学模型非常困难,用经典控制或现代控制的方法对这类复杂的控制对象都难以实现,因此探索煮糖结晶过程的智能控制方法有着非常重要的意义。  针对煮糖结晶过程的非线性、时变性以及不确定性的特点,本文采用模糊控制与改进遗传算法相结合的方法应用到煮糖结晶过程中过饱和度的控制中。本论文主要的工作及贡献有:  1.深入研究煮糖结晶过程机理,分析过饱和溶液与过饱和度的关系,研究过饱和度在煮糖结晶过程控制中的作用;  2.通过建立物料平衡、能量平衡和生产过程的各种物性参数的机理解析关系描述煮糖结晶过程模型;  3.研究模糊控制的基本原理与实现方法,给出煮糖结晶过程模糊控制器设计的具体方法与步骤;  4.分析了基本遗传算法存在的问题,并在此基础上从参数编码、适应度函数和遗传操作等方面提出改进策略,详细介绍了本文采用的基于排序选择的遗传算法改进方法,并以典型的测试函数为例验证了该改进方法的快速收敛性;  5.以煮糖结晶过程为对象,分别采用常规PID控制、单一模糊控制和基于遗传算法的模糊控制进行仿真研究实验并分析结果。  从控制器的仿真控制效果看,本文所设计的基于改进遗传算法的模糊控制器可以有效地实现对过饱和度的控制,整个调节过程曲线趋于平滑、无大的波动,较为符合实际煮糖结晶过程对过饱和度的工艺要求,并且对实际煮糖自动控制系统的设计也有一定的理论指导意义。
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