基于模糊控制器的制药反应控制系统设计

2019-09-11 版权声明 举报文章

基于模糊控制器的制药反应控制系统设计

摘要: 本文针对霜剂制药生产过程中反应釜温度控制非线性的特点,提出了用模糊控制算法组成的反应釜控制器,把制药生产中的霜剂生产过程控制中的反应釜作为控制对象,对模糊控制器的设计进行详细的介绍。通过实际控制结果证明这种控制器的有效性和可用性。

Abstract: For the nonlinear characteristics of reactor’s temperature control in cream pharmaceutical production process, this paper put forward to take the reactor in cream manufacturing process control in the pharmaceutical production as a control object, and introduced in detail the design of fuzzy controller. The effectiveness and availability of this controller is proved by the actual control result.

关键词: 模糊控制器;霜剂生产过程;反应釜;制药生产

Key words: fuzzy controller; cream production process; reactor; pharmaceutical production

中图分类号:TS95文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)28-0140-02

0引言

本课题来源于某制药有限公司立项,由西安工业大学承担的“霜剂反应釜控制系统”项目。霜剂生产是某制药有限公司制药生产的重要组成部分之一,从前药品生产是依靠人工来完成的,但是人工的问题就在于各人的操作肯定是迥异的,而且还会存在较大的差异,如此一来,产品质量就无法得到合理控制了,这会造成极大的浪费,比如原料和人力上的,严重的还会造成经济、患者身体上造成的损失。

所以这样看来,旧的生产方法已经不再适应市场需求了,而现在新的方法又在相继出现,霜剂反应釜控制系统的设计就是为了能够利用计算机控制实现生产过程的安全和经济,并能够在双赢的基础上再达到提高产品质量的目的。反应釜示意图如图1所示。

1控制策略

本论文就是依托“霜剂反应釜控制系统”来分析模糊控制算法并在此基础上进行设计,以此来满足霜剂生产工艺的要求。从控制的对象来看,“霜剂反应釜控制系统”是属于间歇式、均相、非绝热式反应器。由于这个系统本身是非线性的,所以就给本设计增加了相当大的难度,而原本工业用的串级控制一般在化工上应用较广泛而且取得了一定的效果,但是也有问题,因为串级控制的主副控制器采用的是积分微分比例控制器,积分微分比例控制器参数的调试一般周期比较长、容易发生共振、很难达到霜剂生产反应控制对象非线性、时变的特点。模糊控制器的结构图如图2所示。

2模糊控制器的设计

霜剂生产反应过程控制过程因被控变量的会被来自夹层温度的变化干扰,所以要能够控制对才可行。下面就以保温反应过程为例说明这个控制器的设计:主模糊控制器的设计首先要把模糊划分的界限确定下来,一般来说误差E为最大值时应该在士2摄氏度这个区间,E的模糊量取7个与前面相同。这七个模糊值量化到整数论域为[-6,-5,-4,-3,-2,-l,0,l,2,3,4,5,6],量化因子 。因为系统温度的变化一直在缓慢的变化,所以要根据观察所得的数值来确定温度变化率,但是需要记住这个E的最大值土0.5摄氏度,它的模糊量可以取负大、负小、零、正小、正大这五个值。这五个值再量化到整数论域为[3,-2,-1,0,1,2,3] 量化因子输出阀门位置U的模糊量取负大、负中、负小、零、正小、正中、正大7个值,那么量化到其整数论域为[-4,-3,-2,-l,0,l,2,3,4],分别对应阀门位置为[10%,20%,30% ,40%,50%,60%,70%,80%,100%]这几个量化因子 。

在第二步选取量隶属函数时要按照系统控制的要求时候所见在系统的偏差较大时,控制量可以较大较粗糙,越是这样所得到的偏差就小而精确。所以对模糊量的采取非线性划分的方法还是以E为例,它的隶属函数如图3所示,E的隶属函数按照此原则划分,只是模糊量较少。

三是确定模糊控制规则,主要根据系统输出值和西门子操作手册,并总结了经验,总结了两层模糊控制规则,保温反应过程中共35条模糊控制规则,此处不一一详述,因为与本设计的关系并不是非常之大。

R=(PL)×(PL)×(PL)

R=(PL)×(PL)×(PL)

…………….

R=(PL)×(PL)×(PL)

第四是计算出模糊控制查询表,利用借助于Matlab的模糊控制工具箱或用其它软件计算出模糊控制查询表,然后在录入计算机中。

第五是现场修正阶段,通过以上四步得出的模糊控制查询表与实际所得的变化还是存在区别得,因此,工作人员必须遵守的工艺特点,并调节系统的控制系统,根据实际查表来满足系统的控制要求,从而优化模糊控制规则。

主控制器设计完成,模糊控制器的设计。这种控制器的设计与主模糊控制器概念相似,由于他是控制夹层温度之用的,而温度的区间在89士2摄氏度上下,所以如果有波动但是波动不大的话影响也不大。设计模糊控制器的步骤与滴加反应过程的模糊控制器相似,只是模糊集数相对较少,所以模糊控制规则也相对简化,在这里也不再另作面述。模糊控制算法流程图如图4所示。

保温的反应过程有两个半小时那么较长,过程复杂,所以我们看到图上在这个阶段是曲线有波动的。

3控制结果

对于夹带层的反应釜本身所具有的非线性、强耦合、时变特点,基于模糊推理、模仿人的思维方式的模糊控制方式具有针对性极强的克制作用。在间歇过程计算机控制中,模糊控制算法是行之有效的办法,这一点已经在实践中得到证明。从效果图中可以看到,由于模糊控制器在消除静差方面做得不够完善,控制精度还有待进一步提高。比如,在蒸料过程控制的温度偏低;在保温过程的温度控制系统出现波动后,无法立即消除控制误差。因此可以总结出,模糊控制算法的有效性,是受釜内真空度和蒸汽质量这两个因素制约的,它们也是系统最主要的干扰因素。系统运行效果如图5所示。

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