智能型稀释水调浓水力式流浆箱是现代造纸机智能化质量控制的关键技术与装备,是目前最先进、最节能的流浆箱,对纸页的质量起着决定性作用,具有完备的稀释水智能化质量控制系统。本论文依托“国产高速造纸机研制-白水稀释型水力式流浆箱新技术与装备的研发”科技计划重点项目内容开展,目标是研制工作车速在1200-1400 m/min的高速文化造纸机智能型稀释水调浓水力式流浆箱,控制纸张横向定量差的质量关键指标达到国外同类纸机的先进水平。本文围绕稀释水流浆箱智能化质量控制技术,利用先进的流体力学数值仿真和实验研究,深入剖析稀释水调浓机理,对智能化稀释水调浓系统、系统模型辨识、横向控制算法进行研究和核心关键部件研发,以更好指导智能型稀释水调浓水力式流浆箱的研发和生产应用。本论文的主要内容有如下几点:第一,根据现代高速造纸机流浆箱的特点和对纤维分散和流态的要求,总结了国际上在流浆箱技术发展方面有影响的著名企业的流浆箱结构和横向质量控制系统的特点,比较了布浆器、湍流发生器、稀释水调浓装置等流浆箱关键部件的结构形式,分析了横向控制系统的数据测量、数据预处理、横向控制算法、执行器和系统辨识等模块,以流浆箱稀释水调浓系统为基础的智能化质量控制技术是现代高速造纸机智能化控制的重要研究方向。第二,对稀释水调节横向定量偏差的机理进行分析,主要研究了稀释水加入对流浆箱的出口浓度和总流量变化的影响,建立稀释水调浓水力式流浆箱的计算模型并对其进行数值仿真计算,通过阶跃响应方法分析流浆箱出口浓度的变化及分布规律,建立了稀释水调浓过程的响应模型,研究结果表明,流浆箱出口的浆料浓度变化曲线呈正态分布,随工作车速的提高,稀释水影响宽度减少。通过对稀释水调浓过程的建模,为智能化质量控制技术提供理论基础。第三,针对流浆箱的智能化稀释水调浓系统的要求,对宽幅等压布浆器、稀释水调浓模块和基于CAN总线的智能执行器等进行性能和结构分析,探讨了设计原理及设计要点。通过对布浆器的Baines方程传统设计方法分析,指出其设计存在的问题,并提出采用分段Baines方程计算方法对高速宽幅流浆箱的等压布浆器进行设计。针对智能执行器的响应速度、控制精度和稳定性要求,研发了执行器的数字化闭环反馈控制、自动间隙补偿、阀门自动校正和位置断电记忆等技术,通过分析稀释水阀门的开度与输出流量的非线性关系,提出稀释水阀门线性流量补偿方法。根据智能化横向控制的信息特点,设计了智能执行器的CAN总线通信架构,自定义了CAN通信报文的扩展帧数据结构,提高整个控制系统的可靠性。第四,对稀释水调浓过程的系统模型和模型阶跃辨识进行了详细的分析,针对传统阶跃辨识方法中存在的问题,通过修正目标误差函数和矩阵求逆引理,提出了基于改进的IRLM算法,应用IRLM算法实时并同时辨识稀释水调浓系统的稳态响应、动态响应和映射模型;对IRLM算法进行混沌序列预测实验、仿真和现场实验,结果表明采用IRLM算法后残差的收敛速度比传统辨识方法更快。针对造纸过程的横向控制存在一个维数高、耦合性强和时滞大的控制问题,对横向控制系统进行可控性分析,采用空间频率分解技术分析横向控制过程稳态模型的循环对称结构,通过循环对称系统的空间频率分解将高维的内模横向控制器的设计分解为以空间频率为索引的一系列单变量的控制器设计,简化了系统的设计与分析,并探讨了内模横向控制器的鲁棒稳定性、稳态和动态性能。第五,针对纸页横向质量控制的分布式和相互协调的特点,设计了基于CAN总线和OPC技术相结合的横向质量智能化控制系统,采用以太网和CAN总线两层控制网络的系统架构,提高控制的实时性和系统的可扩展性。主控制站点根据测量数据进行模型辨识和横向算法控制,通过CAN总线对智能执行器进行控制,并通过OPC技术实现测量数据和监控数据的同步和共享。研究的智能执行器、模型辨识和横向控制算法应用到国产高速造纸机生产线中,通过生产现场应用效果验证了横向质量智能化控制技术的可行性和有效性。