智能控制方法在中藥濃縮過程中的應(yīng)用研究

頁數(shù)：86 字?jǐn)?shù)：47840


摘 要
本課題屬于國家計(jì)委重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（計(jì)高技[2002]2141號）和哈藥慈航制藥有限公司重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。
本論文的研究工作主要圍繞中藥濃縮生產(chǎn)過程智能控制裝置的研制開發(fā)而展開，涵蓋了中藥濃縮工段工藝流程的研究，中藥濃縮智能控制裝置所采用的傳感器及軟測量技術(shù)的研究，該工段控制方法的研究以及濃縮生產(chǎn)過程智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)等主要內(nèi)容。
本文首先從整體上簡要介紹了中藥濃縮生產(chǎn)的總體工藝流程，然后詳細(xì)分析了中藥生產(chǎn)濃縮工段中所要精確測量及穩(wěn)定控制的各關(guān)鍵參數(shù)，在此基礎(chǔ)上介紹了先進(jìn)的傳感器及軟測量技術(shù)，從而達(dá)到精確測量各關(guān)鍵工藝參數(shù)的目的。然后分析了濃縮工段在智能控制中需要重點(diǎn)注意和解決的問題及難點(diǎn)。針對中藥生產(chǎn)濃縮工段的多變量、大時(shí)延、強(qiáng)耦合、帶擾動(dòng)的等系統(tǒng)特點(diǎn)，本文提出了利用離線的序貫二次規(guī)劃算法(Ssequential Quadratic Programming , SQP)進(jìn)行過程優(yōu)化和在線的無模型自適應(yīng)(Model-Free Adaptive，MFA)智能控制相結(jié)合的控制方案，SQP求解結(jié)果給出了雙效濃縮比率的最優(yōu)值，使液相藥物相關(guān)成分產(chǎn)量最大，確保了中藥產(chǎn)品的濃度要求和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，MFA在線控制濃縮過程中的溫度與壓力以實(shí)現(xiàn)整個(gè)中藥濃縮生產(chǎn)的穩(wěn)定高效的自動(dòng)化生產(chǎn)?？刂扑惴ǖ姆抡娣治鼋Y(jié)果和實(shí)際的工程應(yīng)用效果均表明，論文提出的控制方法應(yīng)用于中藥濃縮智能控制系統(tǒng)可取得良好的控制效果。
在理論研究的基礎(chǔ)上，著眼于中藥生產(chǎn)整個(gè)過程的自動(dòng)控制，以工控機(jī)為核心，結(jié)合相應(yīng)的傳感器、閥門、數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備，研制了一套濃縮工段自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場調(diào)試運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，工作穩(wěn)定可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到或超過規(guī)定的國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)有效地控制了濃縮工藝產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，提高了濃縮工段的工作效率。

關(guān)鍵詞：中藥濃縮生產(chǎn)；軟測量；過程優(yōu)化；序貫二次規(guī)劃算法；無模型自適應(yīng)控制；智能控制系統(tǒng)

ABSTRACT
This project is funded by State Development Planning Commission, and is the Science-Tech Tackle Key Project of HaYaoCiHang Pharmaceutical Co, Ltd.
This dissertation is focused on the research of the intelligent control system in concentrate process of Chinese Traditional Mmedicine production. The system includes the analysis of technologic process of the concentrate procedure, and the research of all the sensing elements, and also the advanced technology of soft measuring. This paper’s emphasis is the control mode for concentrate process and the design and development of the intellect control system.
Firstly, the dissertation generalizes the whole technologic process of the concentrate procedure. Based on the analysis of the key parameters in concentrate process, the dissertation enumerates all kinds of proper sensors and gives profound research to soft measuring technology. Aimed at the characters of multivariable, long delay time, strong coupling and destabilization in the concentrate procedure, the dissertation discusses existing problems in the intellect control. The dissertation writes out the combination strategy of Ssequential Quadratic Programming (SQP) and Model-Free Adaptive (MFA). The result of off-line method with SQP gives the proper value of all parameters including the optimal rates of concetation. The on-line control method of MFA adjusts the key parameters of temperature and pressure. The result of emulation and practical proved that the strategy obtain excellent consequence.
Based on the theoretical research, aimed at the control of the whole concentrate process in Chinese Traditional Medicine production, an intellective control system is developed.Which is composed of IPC, sensor, valve, and data collection card and so on. The experimental and practical results show that the equipment can dynamically track the change of the production desire, rapidly realize the stability of the control system, and all the parameters reach or exceed the national criterion. At the same time the equipment effectively achieves the quality control, highly improves the efficiency of concentration.

KEY WORDS: Concentrate Production of Chinese Traditional Medicine; Soft Measuring Technology; Optimal Procedure; Ssequential Quadratic Programming; Model-Free Adaptive; Intellective Control System


目 錄
學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 I
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 I
摘 要 II
ABSTRACT III
目 錄 IV
第一章 緒 論 1
1.1 項(xiàng)目背景及意義 1
1.2 項(xiàng)目來源 2
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.4 本文研究的主要工作 4
第二章 先進(jìn)的傳感器及軟測量技術(shù) 6
2.1 濃縮工段工藝介紹 6
2.2 先進(jìn)的傳感器技術(shù) 7
2.2.1 壓力變送器 7
2.2.2 溫度變送器 9
2.2.3 液位傳感器 10
2.2.4 PH計(jì) 13
2.3 軟測量技術(shù)的應(yīng)用 14
2.3.1 藥液濃度的軟測量建模方法 15
2.3.2 藥液濃度的神經(jīng)元軟測量建模過程 16
2.3.2.1 BP網(wǎng)絡(luò)軟測量原理 16
2.3.2.2 BP網(wǎng)絡(luò)軟測量模型的構(gòu)建 17
2.3.2.3軟測量模型的訓(xùn)練與測試 18
2.3.3 軟測量模型Matlab的仿真 20
2.3.4 濃度測量BF網(wǎng)絡(luò)模型的優(yōu)化 22
2.4 本章小結(jié) 22
第三章 智能控制方法的研究 23
3.1 控制方案分析 23
3.2 基于SQP的過程優(yōu)化方法 25
3.2.1 SQP原理 25
3.2.2 建立濃縮工段原模型 28
3.2.3 SQP求解過程 30
3.2.3.1 調(diào)優(yōu)模型 31
3.2.3.2 過程模擬模型 31
3.2.3.3 求解步驟 32
3.2.3.4 求解結(jié)果 32
3.2.4 結(jié)論 34
3.3 無模型自適應(yīng)（MFA）控制方法 34
3.3.1無模型自適應(yīng)控制特點(diǎn) 35
3.3.2 MFA控制器介紹 36
3.3.2.1 SISO MFA控制器 36
3.3.2.2 抗滯后MFA（Anti-delay MFA）控制器 39
3.3.2.3 MIMO MFA控制器 40
3.3.3針對雙效濃縮工藝的無模型自適應(yīng)控制方案 44
3.4 本章小結(jié) 50
第四章 濃縮智能控制系統(tǒng)的研制 51
4.1 控制系統(tǒng)整體方案 51
4.2 硬件設(shè)計(jì) 53
4.3 軟件設(shè)計(jì) 54
4.3.1 開發(fā)工具和平臺(tái) 54
4.3.2 上位機(jī)主要功能模塊 54
4.3.3 下位機(jī)控制軟件 61
4.3.4 上下位機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn) 63
4.4 工程應(yīng)用及運(yùn)行效果 67
4.5 本章小結(jié) 69
總結(jié)與展望 70
參 考 文 獻(xiàn) 72
附錄A：攻讀學(xué)位期間主要的研究成果 76
致 謝 77


緒 論
項(xiàng)目背景及意義
隨著國際社會(huì)對天然藥物需求的增長和我國醫(yī)藥市場的急速開發(fā)，中藥產(chǎn)業(yè)將成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展中極具活力的增長點(diǎn)。我國加入WTO后，國內(nèi)中藥企業(yè)正面臨國外中藥制造廠商的巨大競爭壓力[1]。利用先進(jìn)自動(dòng)化控制技術(shù)改造傳統(tǒng)的中藥產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)中藥制造的現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)化、國際化已成為當(dāng)務(wù)之急。
目前，國內(nèi)大部分中藥企業(yè)的生產(chǎn)都是完全依靠操作工人的觀察，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)來控制生產(chǎn)過程,因此溫度、壓力、流量等各項(xiàng)參數(shù)的控制受人為誤差的影響，造成了藥品質(zhì)量的不穩(wěn)定,而且勞動(dòng)生產(chǎn)率低下。部分企業(yè)采用單機(jī)自動(dòng)化的工作模式，僅有為數(shù)不多的廠家實(shí)現(xiàn)了按工藝流程操作的組合自動(dòng)化生產(chǎn)線。單機(jī)或者局部流程控制的不足之處主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：1）對一些關(guān)鍵參數(shù)的檢測和控制缺乏準(zhǔn)確而先進(jìn)的方法和策略；控制及檢測設(shè)備選型一般化，存在檢測死區(qū)，合理而先進(jìn)的自動(dòng)化元部件未得到充分應(yīng)用。2）系統(tǒng)僅從自動(dòng)化技術(shù)的角度解決了無人值守問題，并未結(jié)合中藥本身的特性以及中藥生產(chǎn)的特性，充分挖掘其內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)某些參數(shù)或過程的最優(yōu)控制，以確保產(chǎn)品質(zhì)量。3）軟件模塊功能單一，信息集成度低，無法實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度；人機(jī)界面不友好，操作使用欠直觀方便；數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)及管理功能不夠完善，軟件的兼容性及升級可能性較小。