面向节能减排的间歇式染色过程建模与优化控制

本项目通过理论分析和模型试验，提出面向节能减排的间歇式染色过程闭环控制新方法，目标是建立能体现染色目标和已有染色经验知识的染色过程多参数机理和非机理的集成模型，提出高精度的染液实时检测与分析方法，以及高性能的控制框架和控制算法，解决染色过程模型非线性、模型结构和参数的不确定性、外界扰动的克服等关键技术问题，实现均匀和一致染色，提高一次染色成功率，从而降低能耗，减少污染物的排放。研究内容包括染色效果评价模型的研究、染色过程上染模型的研究、染液实时检测与分析技术的研究、染色过程先进控制策略和控制算法的研究以及实验验证。本项目的研究是符合我国经济发展要求的，是我国走向资源节约型和环境友好型社会的过程中急需解决的课题，是印染行业由重视产量转变为重视质量发展的客观要求，具有强烈的应用需求。

本项目以间歇式染色生产过程的建模、检测与控制问题为研究对象，针对已有的间歇式染色过程在建模、检测和控制技术等方面的研究存在着诸多不足，提出了一种将机理与非机理模型相结合的间歇式染色过程集成建模方法，以及一种基于监督控制思想和基于广义预测的滑模变结构控制算法实现染色过程优化控制的新方法，改变了传统间歇式染色生产的开环控制策略，为实现间歇式染色过程的在线反馈控制奠定理论和技术基础。. 本项目的主要研究内容包括染色效果评价模型的研究、染色过程上染模型的研究、染液实时检测与分析技术的研究、染色过程先进控制策略和控制算法的研究以及实验验证。在项目实施期间，针对以上研究内容，项目组提出了基于机器视觉的染色效果评价方法，基于支持向量机算法建立染色效果的评价模型；以灰色系统理论、支持向量机（Support Vector Machine)和灰色神经网络等为主要方法，针对分散染料染涤纶、直接染料染棉以及活性染料染棉等主要染色组合为对象，建立了染色过程染料上染率和多染色工艺参数（温度、pH值、盐浓度等）之间的非机理关系模型，并与机理模型相结合建立了染色生产过程的上染率集成模型；初步研究了染液分析和预测方法，提出了一种双波长染液浓度在线检测方法以及基于多通道染液浓度在线检测方法，开发了相应的装置，并研究了基于支持向量机回归的混和染液组分浓度的预测方法。在以上研究的基础上，提出了一种基于监督控制策略和基于广义预测的滑模变结构控制算法的在线控制方法，并进行了试验验证。项目执行期间，共发表相关学术论文9篇，录用2篇，已投待发3篇，授权实用新型专利2项，授权发明专利1项，申请发明专利1项；培养研究生8名，完成硕士论文8篇。. 本项目的研究，探索了一种针对染色过程建立上染率集成模型的新方法，提出了一种基于上染率控制的实现染色过程闭环控制的新策略，具有一定的科学意义。本项目的研究可以提高一次染色成功率，从而达到节能减排的目的。