Research on Control Strategy and Fault Diagnosis Method of Single Base Propellant Production Process

随着控制科学与智能制造的发展进步，国防企业为发射药行业提出了新的要求。为改善单基发射药生产线生产过程连续化、智能化程度低的工作现状，以生产过程中的重要工况作为研究对象，研究了一系列生产过程控制策略与故障诊断方法。本文通过对单基发射药生产过程工艺进行详细分析，明确了生产工艺过程的难点，选取溶剂配置、驱溶过程作为主要研究对象，设计了智能控制策略以及故障诊断方法，实现了单基发射药连续化生产工艺过程的改进与提升。主要工作如下：（1）对单基发射药生产过程工艺特性进行深入研究，结合现场实际工作需求，确定了生产过程控制策略与后续的故障诊断的方法，对单基发射药生产控制系统做了总体规划。（2）选取生产前期控制参数多，工序复杂的溶剂配置过程作为研究对象，结合生产过程实际参数控制要求，对溶剂配置过程进行改进。进料过程使用基于调和器的比值控制算法，提升了抗干扰性能；液位控制系统使用串级控制系统改进，提高了对控制阀回差的抑制；连续反应搅拌釜的温度控制使用分段分程控制，实现了温度升高过程的平稳平滑控制。（3）对驱溶过程工艺流程详细分析与设计，明确了送风温度控制与湿度控制的关系。针对送风温湿度精准控制问题，首先提出了基于自适应调和器的解耦控制算法，然后设计了基于时滞模型的模型预测控制器，实现了驱溶过程温度与湿度的精准控制。（4）选取单基发射药生产过程中重要设备--连续反应搅拌釜作研究对象，分析了可能产生的三类故障。基于连续反应搅拌釜的标称模型，设计了基于解析冗余的残差生成器以及诊断观测器，实现了基于连续反应釜残差评估的故障诊断。本文所设计的过程控制策略与故障诊断方法经过实验测试，已经应用在国内某单机发射药生产线。经实际使用表明，所设计的生产过程控制策略提升了连续化生产的质量，减少了生产过程中人工调试的成本，减轻了后续故障诊断的时间与人力消耗，实现了单基发射药生产过程整体效率的提升