一种二元精馏塔分布式控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及过程控制的多变量系统自动控制技术领域，具体设及一种针对二元精 馈塔的分布式控制系统。
【背景技术】
[0002] 随着石油化工工业的蓬勃发展，石油化工为化学工业所提供的丰富原料，而精馈 是广泛应用于石油、化工、冶金等行业的一种混合物分离提纯技术。精馈塔是石化生产系统 中最重要的环节之一，针对其的控制分析是控制领域重要的热点之一，其中二元精馈塔是 最常用的二组份分离装置，如图1所示的控制模型图，待精馈组份可被分离为轻组分和重 组份。但是精馈塔各控制变量之间禪合较为严重，控制难度较大，虽然近年来许多多变量系 统解禪控制方法被提出，但大多的解禪集中式控制器设计过程复杂，计算过程对理论水平 要求较高，不易于生产过程现场控制工程师的理解和使用，造成有些多变量系统控制方法 只限于理论研究，脱离实际工程应用，而分布式控制系统则不同，能够在实际工业中得到广 泛的应用。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明设计了一种针对二元精馈塔的分布式控制系统，简化了多变量 化工反应过程控制系统，结构简单，计算简便方便现场工程师的应用。
[0004] 一种二元精馈塔分布式控制系统，其特征在于，包括：
[0005] 模型辨识单元，用于根据所需辨识的二元精馈塔输入和输出，给出二元精馈塔的 传递函数；
[0006] 解禪降阶单元，根据二元精馈塔辨识出的传递函数进行动态解禪，并通过降阶方 法得到进行设计控制器所需要的传递函数；
[0007] 控制器设计单元，针对解禪降阶后的传递函数，根据给定的幅值裕度和稳定裕度， 设计出分布式对角型控制器，并输出控制器参数。
[000引进一步，所述分布式控制系统目标对象为二元精馈塔模型，所述二元精馈塔模型 为二输入二输出的模型，所述二元精馈塔模型的传递函数为
[0009]
[0010] 其中，馬仁)=馬为G(s)第j个输入到第i个输出的传递函数，T0为 该第j个输入到第i个输出的通道的时滞，S为拉普拉斯算子，i，j = 1，2 ;
[0011] 其中，所述模型辨识单元具体用最小二乘法来辨识所述的二元精馈塔模型，得到 其具体传递函数。
[0012] 进一步，针对二元精馈塔模型采用对角型解禪方法进行系统解禪，解禪后其广义 被控对象成为对角阵形式
[001引
[0014] 其中G(s)为辨识出的被控对象，D(s)为设计的简单解禪器；针对H(s)利用降阶 方法得到一阶加时滞传递函数
[0015] 进一步，所述设计控制器为对角型控制器形式
[0016] 进一步，所述控制器设计单元中分布式控制器依赖二元精馈塔传递函数解禪后的 一阶加时滞传递函数，根据给定的开环传递函数的幅值裕度和相角裕度，此时开环传递函 数Pii(s)Ci(s)，i= 1，2,分别满足相角为-31和幅值为1，然后得到基于稳定裕度的PI控 制器
i= 1，2,其中kp巧比例控制参数，T。为积分时间常数。
[0017] 更为具体的，所辨识的二元精馈塔的传递函数模型为
[001引
[0019] 其中，ky为比例放大系数，TU为一阶惯性时间常数，LU为第j个输入对第i个输 出的滞后时间，i，j= 1，2,S为拉普拉斯算子。
[0020] 设计的改进简单解禪器D(s)如下 [002UD(s) =adj似Q(s)
[0022] 其中adj(G)是对象G(s)的伴随矩阵，Q(s)是对角补偿矩阵用W使解禪器有理化 及可实现，同时抵消掉伴随矩阵中每一列元素的共同因式，例如共同的时滞项。该解禪器使 得被控对象能够解禪成对角阵H(s)，其中
但是因为hii(s)(i= 1，2) 的形式过于复杂，不易于设计各种控制器，所W需要通过对hii(s)(i= 1，2)降阶，得到它的 一阶加时滞等效模型矩阵
[0023]
[0024] 下面给出矩阵中的一阶加时滞模型具体形式
[0025]
[0026] 其中，Ai，B。Ti分别是比例系数，时间常数和时间滞后系数，i=I，2。接下来为求 得Pii(s)(i= 1，2)的S个参数，先假设原来传递函数hii(s)和降阶得到的传递函数Pii(s) 在频率为0时的静态增益相同，在频率为相角穿越频率Wyi时，它们的幅值和相角相同，即两 个传递函数需要满足如下=式
[0027] p..(〇) =hii(O)
[0028] |p"(jWd)I= |h"(jWxi)
[0029] Z P"(jWxi)= ^h"(jwj
[0030] 简化上面=式，一阶加时滞模型的=个参数可W得到
[0034] 然后根据得到的一阶加时滞模型，依据解禪后的独立回路开环传递函数Pii(s) Ci(s)(i= 1，2)在增益穿越频率和相位穿越频率分别为和Wp，i时与给定的相位裕度 和幅值裕度A之间的关系满足如下四式
[0035] Pii(jWgi)Ci(jWgi)I= 1
[0036] 4pm=arg[P。（jWg，i)。（jWg,i) ] + 31
[0037] arg[P。（jWp,i)。（jWp,i) ] = - 31
[003引 AgihIPii(jWp, i)。（jWp, i) I=1
[0039] 其中i=l，2。
[0040] 。是前面提到的PI控制器，其表达式为
[0041]
[00创其中kp巧比例控制参数，T。为积分时间常数。
[0043] 对上面四式展开可W得到如下四式
[0048] 对于上面四个反正切函数，针对|y| < 1我们可W用下面的式子来近似
[0049]
[0050] 其中y是Wp，iln，Wp,斯，Wg,山，Wg,斯。在H> 1的情况，利用
[0054] 在仿真中发现|yI> 1该种情况比|yI< 1该种情况下的近似方法更好，因此在 该里用到如下等式
[0 化 5]
[0化6] 来近似四个式子里的反正切函数。同时为求得控制器的S个参数，该里令 r! =
[0057] 可W得到下面四式变为
[00化]其中求得 因此，分布式控制器就得到 〇 了。
[0066] 本发明所具备的其他特征和效果将在下面的说明中进一步详细阐述。本发明的目 的和其他优点通过说明书，权利要求书W及附图中指出的结构来实现和获得。
[0067] 下面通过附图结合具体实施方案对本发明作进一步说明。
【附图说明】
[0068] 图1是二元精馈塔工艺流程图；
[0069] 图2是二元精馈塔分布式控制系统示意图；
[0070] 图3是二元精馈塔模型解禪控制系统的结构方块图；
[0071]图4a是回路1是模型降阶前后NyquiSt曲线比较；
[007引图4b是回路2是模型降阶前后Nyquist曲线比较；
[0073] 黑色代表原模型，虚线代表降阶的模型；
[0074] 图5是化模型rl-yl的响应曲线；
[007引图6是化模型r2-y2的响应曲线。
【具体实施方式】
[0076] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。说明书仅用于说明和解释本 发明，并不用于限定本发明。
[0077] 本发明的实施例提供了一种针对二元精馈塔的分布式解禪控制系统设计方法，