高温高压灭菌锅系统非线性参数辨识.docx

高温高压灭菌锅系统非线性参数辨识论文导读：高温高压灭菌锅是利用高温高压水蒸气对锅内待消毒罐头进行高温消毒的一种设备。由于高温高压灭菌是一个多变量、非线性且多阶段操作的复杂间歇过程，且其待辨识的参数具有非线性的关系，因而对参数的精确辨识对完善高压锅模型，提高其实用性、安全性具有重要意义。本文基于高温高压灭菌锅系统模型，利用非线性参数辨识方法辨识了模型中的所有参数，对下一步研究高压锅内罐头模型奠定了一定的基础。关键词：高温高压灭菌锅，间歇过程，非线性参数辨识，系统仿真 0 引言高温高压灭菌锅是利用高温高压水蒸气对锅内待消毒罐头进行高温消毒的一种设备。虽然高温高压灭菌锅在现代工业生产过程中扮演着日益重要的角色，但目前对灭菌过程的研究仍处于建模和对其简单控制的阶段，而且基本未考虑锅内罐头模型，这使得建立的高压锅模型不够完整，不够精确，同时也影响到对该过程的参数辨识、仿真、控制及优化。灭菌过程往往是生产过程的一个重要组成部分，它也广泛应用于食品、制药及发酵工业等，因此对工业灭菌过程的深入了解具有重要意义。由于高温高压灭菌是一个多变量、非线性且多阶段操作的复杂间歇过程，且其待辨识的参数具有非线性的关系，因而对参数的精确辨识对完善高压锅模型，提高其实用性、安全性具有重要意义。当前非线性参数辨识方法主要可分为两种：模型和输入输出数据已知；模型未知但输入输出数据已知。其中待辨识的参数之间的关系均是非线性的。对于第一种情形的参数辨识主要有改进最小二乘，LM算等；而对于模型未知的情形则主要是利用神经网络和遗传算法进行参数辨识。同时由于实际工业过程中输入输出数据难免带有噪声和许多不可避免的扰动，因而在参数辨识之前对测量数据进行一定的优化处对提高辨识精度有较大的帮助。本文基于高温高压锅系统模型，对高压锅冷凝推动力参数、蒸发推动力参数、气相液相热传递参数，以及五个阀门特性参数进行了参数辨识，并对辨识结果的准确性进行了验证，为下一步辨识高压锅内罐头模型，完善高压锅系统模型奠定基础。1系统模型1.1高温高压灭菌锅系统模型高温高压灭菌锅系统的结构如图1所示。-图 1 高温高压灭菌锅系统结构图系统主要由一台高温高压灭菌容器和五个控制阀门系统组成。科技论文。高温高压灭菌容器是一个密闭的承压容器，能够实现需要灭菌的罐头产品。五个控制阀门主要用于控制灭菌锅内水蒸气、空气和水的质量，从而间接地调节容器内的温度和压力，进而控制罐头的温度和压力，实现高温灭菌的目的。图1.中，阀门用于控制进入容器内的高压干空气的流量，阀门用于控制进入容器内的高温高压饱和水蒸汽的流量，阀门用于控制进入容器内的冷却水流量，阀门，分别为排气阀和排水阀，分别用于排出锅内气体和冷却水，排出气体和冷却水的流量为，。图1.中的其他符号说明请参见附表。1.2 高温高压灭菌过程与控制要求为了保证安全生产，达到灭菌要求同时提高生产效率，在不同阶段都需要对关键过程变量进行控制，使其满足一定的控制要求。高温高压灭菌锅进行灭菌过程一般有以下几个阶段：1）物品填装阶段。即将待灭菌罐头制品装入灭菌锅内，然后密闭。2）加压升温阶段。首先打开阀门，通入高温高压水蒸汽，目的是为了排出锅内空气，此后关闭阀门继续通入高温水蒸汽，当锅内达到灭菌温度时，进入下一阶段。本阶段关键是既能在最短的时间完成升温升压以提高生产效率，同时保证国内罐头具有安全压力差。3) 保温保压灭菌 通过调节通入的高温高压水蒸汽流量以保证锅内保持一定的温度及压力直至达到灭菌效果。4) 降温降压通过打开阀门通入冷却水，同时打开泄气阀进行减温减压。为了保证在该阶段罐头和锅内压差不能太大，必须同时通入高压空气达到控制锅内压强目的。5) 开锅取物1.3高温高压灭菌锅系统的数学模型