【正文】 湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)摘 要溫度控制在我國電子、冶金、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。它對控制調(diào)節(jié)器要求極高，回轉(zhuǎn)窯是冶金、水泥、耐火材料生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備。溫度是回轉(zhuǎn)窯工藝過程控制中的重要參數(shù)之一，自上世紀(jì)60年代起人們便開始注意它的控制問題，并進(jìn)行了大量研究工作。提高回轉(zhuǎn)窯的控溫精度對于改善焙燒質(zhì)量、節(jié)約能源、降低生產(chǎn)成本都有重要意義。本文在分析回轉(zhuǎn)窯工藝特點(diǎn)及其控制要求基礎(chǔ)上，為解決回轉(zhuǎn)窯溫度控制超調(diào)量大、調(diào)節(jié)時間長等問題，提出了回轉(zhuǎn)窯窯溫模糊控制方法，提高對回轉(zhuǎn)窯的控制精度。用模糊控制理論建立參數(shù)模糊規(guī)則表，通過模糊推理獲得模糊控制決策表，并對其進(jìn)行模擬仿真，仿真結(jié)果表明參數(shù)模糊規(guī)則表建立合理，模糊控制器在響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)精度等方面均優(yōu)于常規(guī)PID控制器。模糊控制器對系統(tǒng)模型要求不高，在有干擾信號或系統(tǒng)模型發(fā)生變化時能夠滿足回轉(zhuǎn)窯的煅燒工藝要求，提高回轉(zhuǎn)窯的控溫精度，改善煅燒質(zhì)量，適用于類似回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)這樣的非線性、大滯后且隨機(jī)干擾嚴(yán)重的系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)窯，溫度控制，模糊控制，仿真ABSTRACTTemperature control is widely used in electron, metallurgy and machine industry in our country. It needs higher quality temperature controller. Rotary kiln is the key equipment in the production of metallurgy, cement and material of firefast, people began to pay attention to the problem of rotary kiln control in 1960s, a lot of research works have been done. It is significant for ameliorating production quality, saving energy, reducing operating costs to improve control precision of rotary kiln.Based on analyzing the rotary kiln39。s technology and control request, in order to solve the problems of rotary kiln temperature control system big overshoot and long time of regulation etc. Fuzzy control is proposed to improve the temperature control precision on rotary kiln. Fuzzy controller regulates the proportional, integral and differential coefficient by fuzzy control theory to establish tables of parameters fuzzy rules and control lists. The simulation result of temperature curve showed: Fuzzy rules are reasonable. Fuzzy controller is independent of the system model, and it is prior to general PID in39。 response speed and stable precision and restraint ability against the interference, it offer higher precision and improve production quality. The fuzzy controller is appropriate to nonlinearity and pure timedelay and random interference system such as rotary kiln temperature control system.Keywords: rotary kiln, temperature control, fuzzy control, simulation目 錄第1章 緒論 1 國內(nèi)外水泥及其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1 國外水泥生產(chǎn)概述 1 我國水泥生產(chǎn)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢 1 水泥生產(chǎn)工藝 2 課題的設(shè)計(jì)目的和意義 3第2章 智能控制系統(tǒng)理論 5 控制理論發(fā)展概述 5 智能控制簡介 5 智能控制系統(tǒng)的功能及其基本要素 5 智能控制的特點(diǎn)及類型 6 模糊語言 6 模糊語言的概念 6 模糊語義 8 模糊語法 8 模糊推理 9 模糊控制理論 10 模糊控制的基本思想 10 模糊控制系統(tǒng)的基本組成 11 模糊控制器 13 模糊控制算法 15 模糊控制器基本設(shè)計(jì)方法 15 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 18 專家系統(tǒng) 19 本章小結(jié) 20第3章 水泥回轉(zhuǎn)窯溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 21 水泥回轉(zhuǎn)窯檢測和控制現(xiàn)狀 21 水泥回轉(zhuǎn)窯參數(shù)控制 21 回轉(zhuǎn)窯工藝過程 22 煅燒工藝 22 回轉(zhuǎn)窯基本結(jié)構(gòu) 23 回轉(zhuǎn)窯的模糊模型 24 概述 24 模糊控制方案的建立 24 模糊控制器的設(shè)計(jì) 25 解模糊 28第4章 水泥回轉(zhuǎn)窯溫度模糊控制的仿真 30 MATLAB的概況 30 回轉(zhuǎn)窯模糊控制系統(tǒng)仿真 30 仿真結(jié)果分析 32結(jié)論 33致謝 34參考文獻(xiàn) 35附錄 37湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）湖南工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章 緒 論 國內(nèi)外水泥及其生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 國外水泥生產(chǎn)概述現(xiàn)在，國際水泥工業(yè)以預(yù)分解技術(shù)為核心[1]，將現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的最新成果廣泛用于水泥生產(chǎn)的全過程，形成了一套具有現(xiàn)代高科技特征和符合優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保要求以及大型化、自動化的現(xiàn)代水泥生產(chǎn)方法。水泥裝備大型化、生產(chǎn)過程自動化、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量是工業(yè)發(fā)達(dá)國家水泥工業(yè)當(dāng)今的特點(diǎn)。20 世紀(jì)90年代以后國際水泥工業(yè)又出現(xiàn)了水泥生態(tài)化的高潮，即從可持續(xù)發(fā)展的角度形成了一套具有現(xiàn)代科技特征、高效、節(jié)能、環(huán)保和大型化與自動化的水泥生產(chǎn)方法。隨著通信、計(jì)算機(jī)、控制理論等科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，這些技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)水泥生產(chǎn)過程自動化、水泥產(chǎn)品高質(zhì)高效、節(jié)能降耗和環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵因素。 目前，水泥生產(chǎn)自動化系統(tǒng)大都采用單回路控制與人工操作相結(jié)合的系統(tǒng)和集散控制系統(tǒng)DCS (Distributed Control System)，在大型化水泥生產(chǎn)中，單回路控制系統(tǒng)中控制效果較差且不能完成遠(yuǎn)距離通信，而DCS系統(tǒng)在本質(zhì)上因采用封閉式通信協(xié)議而極易形成“自動化孤島”?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS(Fieldbus Control System)因通信協(xié)議的開放性而能很好地解決上述問題，它的應(yīng)用在水泥生產(chǎn)控制領(lǐng)域?qū)a(chǎn)生一場新的革命。 國外發(fā)達(dá)國家水泥生產(chǎn)采用干法預(yù)分解窯技術(shù)，生產(chǎn)線能力大型化，上世紀(jì)90年代達(dá)到4000t/d以上，目前5000t/d以上生產(chǎn)線己成為主流；生產(chǎn)與管理信息化，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)、通信技術(shù)，開發(fā)出各種工藝過程的專家系統(tǒng)和數(shù)字神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型化水泥企業(yè)遠(yuǎn)程操作和診斷，使水泥生產(chǎn)和管理朝信息化、自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展；通過改進(jìn)工藝，采用新的檢測技術(shù)和儀器，利用信息技術(shù)，水泥生態(tài)化技術(shù)已成為發(fā)展趨勢。上世紀(jì)90年代到本世紀(jì)初，國家建材行業(yè)主管部門提出了“控制總量、調(diào)整結(jié)構(gòu)、淘汰落后”[2]和“由大變強(qiáng)，靠新出強(qiáng)”的跨世紀(jì)發(fā)展戰(zhàn)略方針，開始了水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，一大批5000t/d干法水泥熟料生產(chǎn)線建設(shè)投產(chǎn)，我國新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)成熟，大型生產(chǎn)線的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到國外先進(jìn)水平。大幅度提高了新型干法水泥產(chǎn)量，到2005年新型干法水泥產(chǎn)量占全國水泥總產(chǎn)量的30%，淘汰了落后的生產(chǎn)工藝和裝備，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)升級的目的。目前，新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)成為我國水泥工業(yè)發(fā)展重點(diǎn)[3]，在提高現(xiàn)有新型干法水泥工藝技術(shù)和裝備制造水平的同時，正在加快開發(fā)高效率的熟料燒成系統(tǒng)、高效節(jié)能的粉磨設(shè)備、新一代蓖式冷卻機(jī)、大型高效收塵設(shè)備和綜合優(yōu)化在線控制技術(shù)與裝置；逐步加強(qiáng)水泥生產(chǎn)企業(yè)信息化和網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)：它包括水泥生產(chǎn)過程自動化和智能化，實(shí)現(xiàn)管理決策科學(xué)化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化，商務(wù)活動的電子化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化；另外為最大限度提高自然資源綜合利用率和保護(hù)環(huán)境，正在提高水泥工業(yè)清潔生產(chǎn)水平，沿著水泥生態(tài)化的方向發(fā)展，保持水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 水泥生產(chǎn)工藝目前水泥生產(chǎn)過程主要為回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)過程，其生產(chǎn)流程如圖1. 1所示。其生產(chǎn)工序是以石灰石、粘土、鐵粉等為原料，通過生料配料、生料粉磨、鍛燒、熟料配料、水泥粉磨、包裝等工序生產(chǎn)出水泥的過程。原料進(jìn)廠后經(jīng)過預(yù)處理，由化驗(yàn)室對原料進(jìn)行化驗(yàn)分析，通過計(jì)算給出生料配方，生料配料工序根據(jù)化驗(yàn)室給出的配方比例對生料進(jìn)行配料得到混合料，混合料通過生料磨磨成粉狀入生料庫，生料經(jīng)鍛燒成為熟料，熟料與礦渣、礦化劑按一定比例混合后，通過水泥磨成粉狀入水泥儲存庫，最后經(jīng)過包裝出廠。 水泥生產(chǎn)的整個生產(chǎn)工藝過程主要包括窯外預(yù)熱分解、窯內(nèi)鍛燒、熟料冷卻、廢氣處理和煤粉控制等工序。在回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)過程中，窯尾分解爐溫度是一個重要的工藝參數(shù)，分解爐溫度的穩(wěn)定對整條生產(chǎn)線的穩(wěn)定、高產(chǎn)和節(jié)能具有重大的影響。. 課題的設(shè)計(jì)目的和意義水泥回轉(zhuǎn)窯設(shè)備改進(jìn)的最核心的問題就是其溫度控制方法的改進(jìn)，即變手動控制為智能微機(jī)控制。 要對水泥回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行智能微機(jī)控制，首先要解決的就是對于其控制的理論模型的建立。由于回轉(zhuǎn)窯的熱工過程復(fù)雜，具有時變分布參數(shù)和非線性特性，很難精確描述，故理論模型很少得到實(shí)際應(yīng)用。1978年，丹麥學(xué)者Larsen首次為一條濕法水泥回轉(zhuǎn)窯設(shè)計(jì)了模糊控制器，并取得成功，從而開僻了水泥回轉(zhuǎn)窯控制的新途徑。但是，對于其它的回轉(zhuǎn)窯來說，不能照辦照抄其經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)椴煌a(chǎn)在其工藝上有其獨(dú)特性，必然導(dǎo)致其控制過程的獨(dú)特性。只有在充分了解水泥的生產(chǎn)工藝，采集足夠數(shù)據(jù)，才能建立具有針對性的模糊模型，實(shí)現(xiàn)對水泥回轉(zhuǎn)窯的模糊控制?；谏鲜鲈?，在控制領(lǐng)域，實(shí)時模糊控制系統(tǒng)綜合了各種智能控制的優(yōu)勢，克服了它們各自的不足。它能在初始信息不完全或不十分準(zhǔn)確的情況下，較好地模擬人的思路和方法，依據(jù)建立好的模糊控制規(guī)則，給出盡可能準(zhǔn)確的控制參數(shù)，這也是最新智能控制方法及應(yīng)用研究的發(fā)展趨勢之一。本文結(jié)合一個實(shí)際的科研課題，針對水泥廠的生產(chǎn)控制系統(tǒng)技術(shù)改造需求，進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用研究與開發(fā)設(shè)計(jì)，其研發(fā)的成果具有較高的實(shí)用價(jià)值和良好的社會效益。第2章 智能控制系統(tǒng)理論 控制理論發(fā)展概況自動控制理論作為一門學(xué)科，隨著生產(chǎn)的發(fā)展而不斷地發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代更加推動了控制理論的向前發(fā)展?？刂评碚摰陌l(fā)展過程一般分為三個階段：第一階段：本世紀(jì)40至60年代，稱為“經(jīng)典控制理論”，它較好地解決了生產(chǎn)過程中的單輸入單輸出的問題。第二階段：本世紀(jì)60至70年代，稱為“現(xiàn)代控制理論”，它較好地解決了生產(chǎn)過程中的多輸入多輸出的問題。第三階段：本世紀(jì)70年代至今，控制系統(tǒng)向著大系統(tǒng)理論和智能控制[4][57]方向發(fā)展，前者是控制理論廣度上的開拓，后者是控制理論在深度上的挖掘。大系統(tǒng)理論是用控制和信息的觀點(diǎn)，研究各種大系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案、總體設(shè)計(jì)中的分解方法和協(xié)調(diào)等問題的技術(shù)理論基礎(chǔ)；智能控制是研究與模擬人類智能活動及其控制與信息傳遞過程的規(guī)律，研究具有某些仿人智能的工程控制與信息處理系統(tǒng)。 智能控制簡介. 智能控制系統(tǒng)的功能及基本要素1．智能控制系統(tǒng)具有以下功能(1)學(xué)習(xí)功能：系統(tǒng)對一個過程或未知環(huán)境所提供的信息進(jìn)行識別、記憶、學(xué)習(xí)并利用積累的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步改善系統(tǒng)的性能，這種功能同人的學(xué)習(xí)過程類似。(2)適應(yīng)功能：這種適應(yīng)功能包含更高層次的含義，除包括對輸入輸出自適應(yīng)估計(jì)外，還包括故障情況下自修復(fù)等。(3)組