基于SVM的盘磨间隙软测量技术研究

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磨浆是制浆造纸过程中不可或缺的环节,起着举足轻重的作用,它直接影响着成浆的质量和产量,生产效率以及资源能耗。盘磨间隙测量与控制是保证磨浆质量指标高低的一个重要标度,其作为磨浆设备的关键技术之一,一直深受国内外研究者的关注。然而,目前国内大多采用的接触式测量方法,只适合于测量初始盘磨间隙,而磨片磨损对测量的影响却并未考虑;而采用非接触式测量,虽然解决了上述问题,但对传感器的性能和材质要求特别高,且购买成本太高,一般很难达到。这也决定了直接测量方法虽然被普遍采用,但精度有待提高。本课题是在未央区科技计划项目(201001)“APMP制浆工艺优化及关键设备控制”资助下完成的。在了解磨浆过程工艺机理的基础上,经过分析与借鉴前人研究成果,针对盘磨间隙在线直接测量存在的精度问题,提出了直接测量与间接测量(基于支持向量机的软测量)相结合的方法,探讨盘磨间隙测量的新方向,本文主要工作及成果如下:1)盘磨间隙软测量数学模型研究由于磨浆过程的复杂性,使得盘磨间隙直接测量精度很难实现,文中提出直接测量与软测量相结合的思想。通过学习和分析,得出利用比较容易测量的二次变量(辅助变量)间接测出盘磨间隙,在该软测量模型中,主导变量为盘磨间隙,辅助变量为浆流量,浆浓度和电能耗。分别采用基于支持向量机和神经网络,以及基于poly核函数和RBF核函数两组对比进行仿真,探索适合盘磨间隙测量的软测量模型,仿真结果表明:基于RBF支持向量机更适合本研究盘磨间隙软测量模型的结论,进一步说明了支持向量机是基于小样本的,全局最优以及泛化能力强的学习工具。利用软测量得到的结果,对直接测量值进行修正,先算出软测量与直接测量在可行域下的差值,盘磨间隙的最终值为直接测量值加上所得差值。2)盘磨间隙测量技术工业实现研究本文结合宁夏美利纸业磨浆过程,设计了一种盘磨间隙测量技术在DCS控制系统开发平台上的实现方法。硬件开发选用西门子S7-400PLC作为平台,软件开发选用Step7和WINCC作为平台,上位机除了WINCC界面设计,还要实现与MATLAB的对接,将该测量技术嵌入到工业控制系统中,真正意义上实现理论实践相结合的思想目标。3)工作总结与未来研究展望将软测量技术应用在盘磨间隙的测量中,避免测量依靠硬件的局限性,真正实现盘磨间隙软测量技术的工业化途径,并为以后研究工作提供了新的方向,使课题更有意义地在线指导磨浆过程盘磨间隙的实时控制。
摘要第5-7页
ABSTRACT第7-8页
1 绪论第11-23页
    1.1 选题的目的和意义第11-13页
    1.2 磨浆理论与盘磨间隙研究现状第13-21页
        1.2.1 磨浆机理介绍第13-17页
        1.2.2 盘磨间隙的定义第17-19页
        1.2.3 盘磨间隙测量方法的国内外研究第19-21页
    1.3 课题研究的主要内容及章节安排第21-23页
2 盘磨间隙软测量方案第23-30页
    2.1 软测量技术介绍第23-25页
    2.2 直接测量和软测量方法的比较第25-26页
    2.3 盘磨间隙软测量建模分析第26-30页
        2.3.1 盘磨间隙软测量的影响因素分析第26-28页
        2.3.2 盘磨间隙软测量二次变量计算原理第28-30页
3 基于 SVM 的盘磨间隙软测量数学模型研究第30-55页
    3.1 机器学习方法第30-41页
        3.1.1 神经网络简介第31-32页
        3.1.2 支持向量机第32-40页
        3.1.3 支持向量机与神经网络之比较第40页
        3.1.4 本节小结第40-41页
    3.2 核函数第41-45页
        3.2.1 几种典型核函数第42-43页
        3.2.2 四种核函数的选取比较第43-45页
    3.3 盘磨间隙软测量模型第45-52页
        3.3.1 盘磨间隙软测量建模实施框图第45页
        3.3.2 基于支持向量机的软测量数学模型第45-48页
        3.3.3 神经网络与支持向量机的仿真比较第48-50页
        3.3.4 基于两类核函数的支持向量机仿真对比第50-52页
    3.4 盘磨间隙测量方法的提出第52-55页
4 盘磨间隙测量技术在工业中的应用研究第55-67页
    4.1 集散控制系统(DCS)第55-58页
        4.1.1 集散控制系统(DCS)的组成介绍第55-57页
        4.1.2 集散控制系统(DCS)的特点第57-58页
    4.2 磨浆过程 DCS 控制系统设计第58-62页
        4.2.1 磨浆过程上位机设计第58-60页
        4.2.2 磨浆过程下位机设计第60-62页
    4.3 盘磨间隙软测量模型在 DCS 系统中的实现第62-67页
        4.3.1 盘磨间隙软测量辅助变量测量仪表第62-65页
        4.3.2 软测量技术在工业中的实现第65-67页
5 总结与展望第67-69页
    5.1 全文工作总结第67-68页
    5.2 未来工作展望第68-69页
致谢第69-71页
参考文献第71-75页
附录 A第75-77页
附录 B第77-79页
攻读硕士学位期间发表的论文第79页
参与的科研项目及获奖情况第79-81页
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