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發酵罐系統控制算法及優化
雙擊自動滾屏 發布者:myerun 發布時間:2012-9-12 閱讀:1305

于檸檬酸發酵是一種擁有時變性、非線性、多輸入輸出和隨機性的復雜生化反應的過程,因此在發酵罐進行控制回路組態的時候,建立了帶模糊的PID自己調整的溫度、罐壓、流量控制的回路,對溶氧采用了定罐壓下的串級PID模糊控制。 
1系統優化 
系統的優化分兩步來進行的,第一采用綜合SN信噪比來做正交試驗,優化檸檬酸發酵工藝,實現優化的控制,使檸檬酸發酵的轉化率從 86.8% 增加到92.4%,糧耗從1.819t糧/t發酵液減少到1.713t糧/t發酵液,發酵的周期從71.92h/罐減少到68h/罐,電耗從684kwh/t減少到627kwh/t;在這個基礎上,又建立了發酵過程中的數學模型,一起建立了發酵全過程的知識庫系統,對發酵工藝的進一步優化,從而使產酸率從11.8% 增加到12.5%,糧耗從1.713t糧/t發酵液降低到1.668t糧/t發酵液,電耗從627kwh/t減少到348kwh/t,從而節約了汽耗、人力。在這個基礎上我們還進行了基于專家知識的人工神經網絡在檸檬酸發酵過程中的初步研究,利用多層感知機網絡和直接發酵罐最優控制線確定最優控制軌線,用誤差反傳法學習過程中神經網絡的參數和控制作用,以彌補現有優化方法的不足。
 2 溶氧控制 
根據工藝的需求,針對溶氧回路進行八段定時的控制。影響罐內物料溶氧值的因素主要有四個,他們分別是細菌需氧量、通風量、罐壓及攪拌器轉速。其中發酵不同階段的細菌需氧量由實驗確定,是不可能控制的因素,而攪拌器轉速是一個定值,因此可以控制的因素為通風流量和罐壓。根據工藝條件要求,發酵罐罐壓要盡可能穩定,此時流量儀表誤差小,溶氧作為主控回路,將流量作為副控回路,達到了較好的控制效果。 
3  溫度控制 
檸檬酸發酵是一個復雜的生化反應過程,發酵過程釋放熱量,因此溫度控制顯得尤為重要。考慮到以下兩點:1、間接降溫的滯后時間較長,對象的時間常數大,易產生超調;2、發酵過程的不同階段產生熱量的速率不同,對象模型參數變化較大,而參數的辨識又較為困難,冷卻水流量與溫度關系無法精確測定,采用了基于自適應控制思想的自適應PID控制算法。具體做法是先根據發酵的不同階段,分段整定PID參數,再將各段參數固化于控制站內。這種方法雖然達不到最優,但實際效果是理想的。 

 4壓力和流量控制 
在工藝上,要求罐壓和流量穩定且超調小,罐壓由進氣調節閥的升度來控制,尾氣流量則由出氣調節閥的升度來控制。但因兩個回路之間相互關聯,采用常規PI控制時的質量較差、難于穩定、易失控及振蕩、有較大的超調,因此在這兩個控制回路中引入模糊控制概念,即將二者的相互影響適當量化,存入計算機內,實時控制時,先根據經驗整定兩組PI參數,注意將二者的頻域拉開,然后對系統的響應進行監測,根據預定的步驟和指標進行模糊推理,自動對PI參數超前修正。實施該控制方案后,基本上消除了壓力和流量回路的耦合,調節效果是理想的。

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