基于Profibus-DP现场总线的多功能色谱分离装置控制系统设计

为了实现多功能色谱分离装置的精准化控制,加速模拟移动床色谱纯化分离速度,设计基于Profibus-DP现场总线的多功能色谱分离装置控制系统;以STM32F103微处理器作为底层控制设备,连接Profibus-DP协议芯片、VPC3与RS-485接口电路,转化从站地址电路与设定应用模块,利用模拟移动床控制回路,完成Profibus-DP现场总线的硬件电路设计;建立梯度SMB色谱,采用异步切换方式,控制变浓度进料的实际操作行为,分离处理模拟移动床多功能色谱,结合多功能色谱分离装置的控制原理,运用气相色谱法,分析色谱分离过程中的基质效应形式,实现多功能色谱分离装置控制系统软件设计;实验结果表明,基于Profibus-DP现场总线控制系统的模拟移动床色谱纯化分离速度较快,能够有效满足多功能色谱分离装置精准化控制的操作需求.     

苯丙氨酸模拟移动床色谱分离的建模和优化

根据模拟移动床（SMB）的发展现状和操作流程要求,对模拟移动床色谱分离的工艺流程进行了重新设计,使得系统的整个操作流程更为简单实用。用BP神经网络对苯丙氨酸模拟移动床的色谱分离过程进行了建模,用实数编码的遗传算法对分离参数和操作条件进行了优化,并在实际生产中得到应用,使产品的纯度和回收率都得到了较大的提高。该工艺具有分离效果好等优点,现已在江阴某公司成功投入使用,苯丙氨酸的纯度和回收率都达到了98％以上。     

模拟移动床分离过程的动态仿真

在研究模拟移动床吸附分离技术应用于芳烃分离过程中,对-二甲苯分离工艺应用最为广泛.通过建立移动床装置的动态仿真模型,提高系统的精度和性能,为设计对-二甲苯分离工艺的实时动态仿真软件提供了可靠的模型依据.在模型分析过程中,采用新的思路,通过独立分析工艺策略和控制策略,合理划分模型子系统,分别建立了工艺子系统模型和控制子系统模型,并对移动床操作过程进行了准确地动态仿真.仿真结果与工艺设计值拟合良好,能够准确反映出装置正常运转时组分浓度随塔高分布变化的状况,充分说明了数学模型的正确性,实现了模拟移动床的动态性能.     

模拟移动床过程的软测量建模仿真研究

模拟移动床色谱作为主要的现代吸附分离技术,近年来在石油化工、精细化工、生物制药、食品加工等领域的复杂混合物分离过程中得到越来越多的应用。模拟移动床系统是一种具有强非线性、强耦合、混杂性、分布参数等特征的复杂工程系统,其建模问题一直受到广泛关注。本文提出用神经网络与遗传算法结合的混合建模方法建立SMB色谱分离过程4区流量与组份纯度的软测量模型。为了解决RBF神经网络训练时隐含层节点数选取无依据,只能依靠反复仿真尝试的问题,提出将混合递阶遗传算法与RBF神经网络结合,建立SMB色谱分离过程软测量模型,以较高的精度实现了SMB组份纯度软测量,通过仿真验证了方法的可行性。     

模拟移动床过程的结构优化策略研究

模拟移动床(Simulated Moving Bed,SMB)技术作为主要的吸附分离技术,近年来在石油化工、精细化工、生物医药和食品工业中得到广泛的应用。如何基于模拟移动床的机理数学模型进行优化,以提高模拟移动床分离过程的经济效益,是模拟移动床研究领域的热点问题之一。模拟移动床过程具有复杂的动态特性,例如,由于出入口切换带来的混杂、非线性以及延迟特性。另一方面,由于对过程干扰和系统不确定性的高灵敏性,使得模拟移动床过程在操作点处的鲁棒操作仍然是一个研究的重点。以模拟移动床过程为研究背景,在阐述其工作原理的基础上,通过对模拟移动床过程的不同分区情况以及柱配置情况进行研究,得到了模拟移动床模型的结构优化过程描述,然后通过在不同目标函数情况下进行优化结果:的比较,说明模拟移动床过程结构优化的可行性,对进一步的控制方案设计具有一定的指导意义。以模拟移动床过程为研究背景,在阐述其工作原理的基础上,通过对模拟移动床过程的不同分区情况以及柱配置情况进行研究,得到了模拟移动床模型的结构优化过程描述,然后通过在不同目标函数情况下进行优化结果:的比较,说明模拟移动床过程结构优化的可行性,对进一步的控制方案设计具有一定的指导意义。     

基于DSP与FPGA的双余度飞机交流一次配电控制器设计

为提高飞机配电系统的可靠性,设计了一种双余度飞机交流一次配电控制器。对以DSP为核心的处理器模块进行冗余设计,每个处理器设置相应的故障检测机制,由FPGA构成的仲裁切换模块根据故障检测结果进行余度切换与管理;采用外触发中断方式控制双机运行周期,实现双机同步。从而实现了双处理器容错控制,有效地提高了控制器的可靠性。     

模拟移动床的控制系统设计和优化

为了满足现代工业色谱分离的要求,对模拟移动床（SMB）色谱分离的工艺流程进行了改进,设计了一套由工控机、西门子PLC、变频器和智能仪表构成的模拟移动床集散控制系统,提高了系统的自动化水平。用改进的BP神经网络对苯丙氨酸模拟移动床的色谱分离过程进行了建模,并根据所建的模型,用实数编码的遗传算法对分离参数和操作条件进行了优化。在开发过程中,上位机软件采用了国产“组态王”和VB相结合的方式,克服了“组态王”命令语言环境较弱的缺点。该方法在苯丙氨酸生产中得到应用,使得产品的纯度和回收率都得到了较大的提高。     

基于乒乓移动的移动IPv6切换改进策略

在移动IPv6网络中,移动节点在不同子网间移动时产生切换,由此而产生的延时和丢包问题限制了移动IPv6的应用;可见,移动IPv6切换技术的研究刻不容缓.乒乓移动作为移动网络中的一种典型移动方式,对切换尤为敏感.本文在详细阐述了层次型移动IPv6快速切换的工作原理的基础上,采用模拟仿真工具NS-2模拟了基于乒乓移动的层次型移动IPv6快速切换,证明此种策略在乒乓移动情况下存在严重的通信中断.最后针对乒乓移动的特性提出一种基于限时保留地址的改进策略.     

基于改进分级下垂控制的微电网运行研究

在使用传统下垂控制的微电网运行中,联网模式下无功功率无法跟踪至参考值,并且在不同运行模式切换时电压和频率出现强烈波动。针对这一问题,研究了一种改进的分级下垂控制。首先,分析了添加虚拟阻抗之后,逆变器等效输出阻抗由阻感性耦合变为接近纯感性的变化;其次,改进了联网模式下感性下垂控制中的无功算法,并与旋转坐标系的预同步策略相配合,将传统的三级控制简化至两级;最后,通过仿真验证了这种控制方式有良好的功率跟踪效果,并可以实现交流微电网运行状态的平滑切换。     

虚拟同步发电机的无缝切换控制技术

对微电网中并网逆变器的虚拟同步发电机(VSG)控制策略进行了研究。首先,搭建了VSG控制的功频调节部分和励磁调节部分。VSG通过模拟同步发电机的惯性和阻尼特性,实现了并网和离网的独立运行,但是在并离网切换时容易出现电流和电压冲击。为实现并离网的平滑切换,提出了一种离网模式下恒压/恒频控制、并网模式下VSG控制的控制策略。在离网运行时,恒压/恒频控制模式为负载提供电压和频率的支撑;在并网运行时,由VSG控制模式提供。同时,详细地分析了调差系数、阻尼系数和转动惯量对功频特性的影响。最后,利用Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证该控制策略的有效性。仿真结果表明:该控制策略解决了微电网在不同模式之间的无缝切换问题;与传统的切换过程相比,减小了切换过程中的电压和电流冲击,提高了微电网在运行过程中的稳定性,可以应用于多微源并联的微电网。     

Model-based control of a simulated moving bed chromatographic process for the separation of fructose and glucose

Chromatographic separations are an expanding technology for the separation of high value products, particularly in the area of pharmaceutics, food, and fine chemicals. The simulated moving bed (SMB) process as a continuous chromatographic separation process is an interesting alternative to conventional batch chromatography, and gained more and more impact recently. The SMB process is realized by connecting several single chromatographic columns in series. A countercurrent movement of the bed is approximated by a cyclic switching of the inlet and outlet ports in the direction of the fluid stream. Because of its complex dynamics, the optimal operation and automatic control of SMB processes is a challenging task. This paper presents the design of a model-based optimization and control scheme for SMB chromatographic separation processes and its application to the separation of fructose and glucose. We propose a two-layer control architecture where the optimal operating trajectory is calculated off-line by dynamic optimization based on a rigorous process model. The parameters of the model are adapted based on online measurements. The low-level control task is to keep the process on the optimal trajectory despite disturbances and plant/model mismatch. Here identification models based on simulation data of the rigorous process model along the optimal trajectory are combined with a suitable local controller. The efficiency of the trajectory control algorithm is shown in a simulation study for the separation of fructose and glucose on an 8-column SMB plant.     

模拟移动床色谱非线性的动态过程

研究模拟移动床色谱分离的动态过程。分析模拟移动床色谱柱内物料浓度的分布情况,表明色谱分离是一个动态平衡的过程。组份可以在很小的分离度之下提纯。     

Modelling and state observation of Simulated Moving Bed processes based on an explicit functional wave form description

This paper proposes a method for the on-line determination of the concentration profiles in a Simulated Moving Bed (SMB) process in terms of discrete measurement values. A direct solution of this state observation problem is very complex because the physical SMB model exhibits the infinite state dimension of distributed-parameter systems with switching initial conditions and cyclic boundary conditions. This paper proposes a solution that is based on a parametric model describing the wave fronts of the concentration profiles of SMB processes. The parametric model is derived for SMB processes which are a good approximation of the TMB. The model parameters determine the form, the movement and the position of the wave fronts. If the parameters are interpreted as a model state, a three-dimensional linear state-space model describing the properties of the profiles is obtained whose state can be determined by a Luenberger observer. An application study shows the simplicity of the observation scheme and the correctness of the results under practical circumstances like the existence of model uncertainties.     

Neural network-based identification of SMB chromatographic processes

In this contribution, the identification problem for the control of nonlinear simulated moving bed (SMB) chromatographic processes is addressed. For process control the flow rates of extract, desorbent, and recycle of the SMB process, and the switching time are the manipulated variables. But these variables influence the process in a strongly coupled manner. Therefore, a new set of input variables is introduced by a nonlinear transformation of the physical inputs, such that the couplings are reduced considerably. The front positions of the axial concentration profile are taken as model outputs. Multilayer feedforward neural networks (NN) are utilized as approximating models of the nonlinear input–output behavior. The gradient distribution of the model outputs with respect to the inputs is used to determine their structural parameters and the network size is chosen by the SVD method. To illustrate the effectiveness of the identification method, a laboratory scale SMB process is used as an example. The simulation results of the identified model confirm a very good approximation of the first principles models and exhibit a satisfactory long-range prediction performance.     

SMB色谱分离过程的Matlab仿真

基于考虑因素全面的综合速率模型,通过对柱向和吸附颗粒径向模型采用有限元法和正交配点法进行离散化,利用Matlab ODE求解器对离散化得到的常微分方程进行数值求解,在此基础上设计了仿真软件。以具体仿真实例,验证了所用方法的可行和有效性。最后分析了切换时间和流量变化对分离性能的影响。     

一种基于Prolog的时间约束业务流程验证方法

随着互联网技术的快速发展,对复杂系统业务流程建模的需求越来越大。针对带有时间约束的业务流程模型的正确性验证问题,提出了一种基于节点转换规则的图分解算法,将业务流程模型转换为运行时流程轨迹集合;设计了流程轨迹集合到Prolog的转换,将轨迹中的节点与时间约束转化为Prolog事实,提出了一种业务流程模型到Prolog语言的转换算法;将持续时间、周期循环与固定时刻3种时间模式转换为Prolog规则,以其支持业务流程模型3种时间模式的验证。最后对一个带有时间约束的医疗流程实例进行了验证。     

基于Matlab的SMB色谱分离过程计算机仿真研究

针对考虑因素全面的SMB综合速率模型，采用有限元方法和正交配点法分别对柱向和吸附剂颗粒径向模型进行离散化，利用Matlab ODE求解器对SMB过程进行了数值求解，并编制了SMB过程仿真软件。在此基础上进行了一个SMB分离实例仿真，分析了切换时间和流量变化对分离性能的影响，验证了SMB过程分离性能的参数敏感性，提出了对系统实施先进控制的必要性。     

模拟移动床吸附分离技术及其应用

详细地介绍了模拟移动床色谱吸附分离技术的发展历史及其工作原理,由于模拟移动床色谱吸附分离过程是一个具有非线性、非理想、多变量耦合、色谱连续动态分离过程与物料进出口位置周期性切换离散事件相互混合等特征的复杂混合系统,因此重点讨论了描述模拟移动床色谱分离行为的理论模型。在此基础上,综述了该技术国内外的研究进展以及在精细化工、石油化工、制药等方面的主要应用,对该技术在我国的研究现状以及存在的问题也作了介绍。     

SMB色谱分离过程的动态矩阵控制

针对SMB色谱分离过程的工作原理,分析了现有系统开环不加控制时过程运行的缺陷,在机理模型的基础上通过辨识得到了对象局部简化模型。根据此模型设计了多变量动态矩阵控制器,实现了过程的预测控制。通过仿真实验分别比较了系统在不加控制和DMC控制时在轨迹跟踪和扰动抑制方面的性能,结果表明采用DMc控制算法的SMB过程,比不加控制时的系统有良好的性能和优越性,从而为系统的实际运行提供理论基础。     

Phase analysis and statistical modeling with limited batches for multimode and multiphase process monitoring

For multimode batch processes, the conventional modeling methods in general require that sufficient batches should be available for every mode, which, however, cannot be guaranteed in practice. It may be impractical to conduct enough trial runs and wait until sufficient batches are available before development of monitoring models for each mode. Starting from limited batches, how to derive reliable process information and develop monitoring models has been an important question for successful online multimode batch process monitoring. To address this problem, this article proposes a phase analysis and statistical modeling strategy with limited batches. One mode which has obtained sufficient batches is chosen as the reference mode while the other modes which can only get limited batches work as alternative modes. Starting from limited batches, the proposed algorithm addresses two issues, concurrent phase partition and analysis of between-mode relative changes. First, for each alternative mode, generalized time-slices are constructed by combining several consecutive time-slices within a short time region to explore local process correlations. The time-varying characteristics are then concurrently analyzed across modes so that multiple sequential phases are identified simultaneously for all modes. Then phase-representative data units are arranged by variable-unfolding the conventional time-slices for the reference mode and the generalized time-slices for each alternative mode respectively. Between-mode statistical analysis is performed within each phase where the relative changes from the reference mode to each alternative mode are analyzed. From the between-mode perspective, different types of relative variations in each alternative mode are separated and modeled for online monitoring. Starting from limited batches, online batch process monitoring can be conducted, providing reliable fault detection performance. The proposed algorithm is illustrated with a typical multiphase batch process with multiple modes.