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发酵罐系统控制算法及优化
双击自动滚屏 发布者:myerun 发布时间:2012-9-12 阅读:1140

于柠檬酸发酵是一种拥有时变性、非线性、多输入输出和随机性的复杂生化反应的过程,因此在发酵罐进行控制回路组态的时候,建立了带模糊的PID自己调整的温度、罐压、流量控制的回路,对溶氧采用了定罐压下的串级PID模糊控制。 
1系统优化 
系统的优化分两步来进行的,第一采用综合SN信噪比来做正交试验,优化柠檬酸发酵工艺,实现优化的控制,使柠檬酸发酵的转化率从 86.8% 增加到92.4%,粮耗从1.819t粮/t发酵液减少到1.713t粮/t发酵液,发酵的周期从71.92h/罐减少到68h/罐,电耗从684kwh/t减少到627kwh/t;在这个基础上,又建立了发酵过程中的数学模型,一起建立了发酵全过程的知识库系统,对发酵工艺的进一步优化,从而使产酸率从11.8% 增加到12.5%,粮耗从1.713t粮/t发酵液降低到1.668t粮/t发酵液,电耗从627kwh/t减少到348kwh/t,从而节约了汽耗、人力。在这个基础上我们还进行了基于专家知识的人工神经网络在柠檬酸发酵过程中的初步研究,利用多层感知机网络和直接发酵罐最优控制线确定最优控制轨线,用误差反传法学习过程中神经网络的参数和控制作用,以弥补现有优化方法的不足。
 2 溶氧控制 
根据工艺的需求,针对溶氧回路进行八段定时的控制。影响罐内物料溶氧值的因素主要有四个,他们分别是细菌需氧量、通风量、罐压及搅拌器转速。其中发酵不同阶段的细菌需氧量由实验确定,是不可能控制的因素,而搅拌器转速是一个定值,因此可以控制的因素为通风流量和罐压。根据工艺条件要求,发酵罐罐压要尽可能稳定,此时流量仪表误差小,溶氧作为主控回路,将流量作为副控回路,达到了较好的控制效果。 
3  温度控制 
柠檬酸发酵是一个复杂的生化反应过程,发酵过程释放热量,因此温度控制显得尤为重要。考虑到以下两点:1、间接降温的滞后时间较长,对象的时间常数大,易产生超调;2、发酵过程的不同阶段产生热量的速率不同,对象模型参数变化较大,而参数的辨识又较为困难,冷却水流量与温度关系无法精确测定,采用了基于自适应控制思想的自适应PID控制算法。具体做法是先根据发酵的不同阶段,分段整定PID参数,再将各段参数固化于控制站内。这种方法虽然达不到最优,但实际效果是理想的。 

 4压力和流量控制 
在工艺上,要求罐压和流量稳定且超调小,罐压由进气调节阀的升度来控制,尾气流量则由出气调节阀的升度来控制。但因两个回路之间相互关联,采用常规PI控制时的质量较差、难于稳定、易失控及振荡、有较大的超调,因此在这两个控制回路中引入模糊控制概念,即将二者的相互影响适当量化,存入计算机内,实时控制时,先根据经验整定两组PI参数,注意将二者的频域拉开,然后对系统的响应进行监测,根据预定的步骤和指标进行模糊推理,自动对PI参数超前修正。实施该控制方案后,基本上消除了压力和流量回路的耦合,调节效果是理想的。

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