专利名称：精对苯二甲酸生产过程无静差预测控制器的制作方法
技术领域：
本发明属于生产过程控制器，特别涉及一种能够克服精对苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid，PTA)生产过程不可测干扰的控制器。
背景技术：
目前精对苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid, PTA)生产过程控制一般采用动态矩阵控制算法(Dynamic matrix control，DMC)，它对模型精度要求不高，用一个简洁的带约束二次优化问题来描述。它的误差校正策略假设在当前时刻得到的预测值与实际测量值之间的偏差在整个预测时域内保持不变，故缺乏对不可测扰动的动态特性的提前预估，抗扰效果表现得缓慢和不足。而在实际的工业生产中，不可测扰动是常见的，往往会影响预测控制算法的控制效果。PTA是生产聚酯切片的原料。由于PTA反应釜的进料来源多，操作波动大，所以一方面，为了生产不同浓度的PTA，需要人工加入脱水醋酸，从而影响釜内温度，进而影响PTA 产品质量，另一方面，脱水醋酸和进料组分时刻变化，釜内酸含量和水含量会受影响而上下波动，导致温度发生波动。因此，需要设计合理的控制策略减少塔釜的温度波动。由于这些不可测扰动的影响作用是持续性的，所以釜内酸含量和水含量的预测误差与较前时刻的预测误差是相关的、可以预测的。
发明内容
本发明的目的是，为了克服上述背景技术的不足，提供一种PTA生产过程无静差预测控制器，抑制工业PTA生产过程控制中的不可测干扰。本发明所涉及的PTA生产过程无静差预测控制器，由卡尔曼滤波器19和预测控制器20构成，其中卡尔曼滤波器19以Altera公司生产的Mratix II系列EP2S60F67214型 FPGA芯片为硬件平台，利用Quartus II设计软件作为设计平台，采用Verilog HDL硬件语言进行编程实现的，预测控制器20是由西门子S7-400 6ES7443-1EX11-0XE0型号的PLC实现，卡尔曼滤波器19将估计出的干扰和的当前釜内温度值传入预测控制器，然后预测控制器根据这两个值计算出能够克服不可测干扰的所需冷凝水量，经DA转换后，最后电动调节阀按照这个转换量增加或者减小其开度，从而实现对PTA生产过程的不可测干扰的抑制。本发明很好的抑制了 PTA生产过程中的不可测干扰，而且准确快速，实用性好。
图1为本发明的无静差预测控制器结构示意图。其中19、卡尔曼滤波器；20、预测控制器。图2为本发明的实施例。其中1、不锈钢物料箱；2、单相增压A泵；3、进料管路温度计；4、进料管路涡轮流量计；5、A阀；6、不锈钢脱水醋酸刻度箱；7、B阀；8、电动机；9、C阀；10、进水管路电动调节阀；11、进水管路涡轮流量计；12、冷凝水进水管路温度计；13、单相增压B泵；14、不锈钢冷凝水箱；15、不锈钢连续搅拌反应釜；16、DA转换器；17、连续搅拌反应釜温度检测计；18、 AD转换器；19、卡尔曼滤波器；20、无静差预测控制器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明给出的一种精对苯二甲酸生产过程控制器进一步说明如下
图1为本发明所涉及的精对苯二甲酸生产过程无静差预测控制器，由卡尔曼滤波器19 和预测控制器20构成，首先卡尔曼滤波器接收经温度传感器测量、AD转换器转换后的温度数据，估计出系统干扰和当前釜内温度值，预测控制器根据这两个值，计算出克服不可测干扰所需的冷凝水的量，经DA转换后，最后电动调节阀按照这个转换量增加或者减小其开度，从而克服PTA生产过程的不可测干扰。实施例
图2为本发明的无静差控制器抑制PTA生产过程不可测干扰的具体实施例。PTA实际生产过程中的不可测干扰主要是由以下原因产生的批次不同的化工物料的密度、浓度和比热等属性会存在不同，反应物料的性质变化会导致连续搅拌釜内的反应过程表现出变化的放热特性，而这种变化的特性是不可测的，此外，搅拌釜模型的线性化过程也导致模型和实际装置之间存在偏差。因此，不可测干扰极大的影响着PTA的产量和质量，本发明的无静差控制器设计简单，计算量小。如图2所示，单相增压A泵2以恒定的速率从不锈钢物料箱1中抽出物料进入不锈钢连续搅拌反应釜15，然后根据生产不同浓度的PTA需求，人工放入一定量的脱水醋酸， 当脱水醋酸进入连续搅拌反应釜15后会导致釜内温度缓慢变化，因为这种变化不可测，所以可以将这种变化看成是一种不可测干扰，然后通过温度计将检测到的釜内温度值传给AD 转换器18，经AD转换器18转换后传入卡尔曼滤波器19，估计出干扰的大小和当前釜内温度值，然后预测控制器20根据干扰大小和釜内温度值计算出当前所需冷凝水量的最优值， 经DA转换器16转换后传送到进水管路电动调节阀10并实时调节阀门开度，实现不锈钢连续搅拌反应釜15的温度控制，实现无静差控制。
权利要求
1. 一种精对苯二甲酸生产过程无静差预测控制器，其特征是该控制器由卡尔曼滤波器(19)和预测控制器00)构成，其中卡尔曼滤波器(19)以Altera公司生产的 Stratix II系列EP2S60F67214型FPGA芯片为硬件平台，利用Quartus II设计软件作为设计平台，采用Verilog HDL硬件语言进行编程实现，预测控制器QO)由西门子S7-400 6ES7443-1EX11-0XE0型号的PLC实现，卡尔曼滤波器(19)将估计出的干扰和当前釜内温度值传入预测控制器，然后预测控制器(20 )根据这两个值计算出克服不可测干扰所需的冷凝水量，经DA转换后，最后电动调节阀按照这个转换量增加或者减小其开度，从而实现对PTA 生产过程的不可测干扰的抑制。
全文摘要
一种精对苯二甲酸生产过程无静差预测控制器，由卡尔曼滤波器(19)和预测控制器(20)构成，其中卡尔曼滤波器(19)以Altera公司生产的StratixⅡ系列EP2S60F67214型FPGA芯片为硬件平台，利用QuartusⅡ设计软件作为设计平台，采用VerilogHDL硬件语言进行编程实现，预测控制器(20)由西门子S7-4006ES7443-1EX11-0XE0型号的PLC实现。卡尔曼滤波器(19)将估计出的干扰和当前釜内温度值传入预测控制器(20)，然后预测控制器(20)根据这两个值计算出克服不可测干扰所需的冷凝水量，经DA转换后，最后电动调节阀按照这个转换量增加或者减小其开度，从而实现对PTA生产过程的不可测干扰的抑制。
文档编号G05B13/04GK102419552SQ20111042322
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者丁宝苍, 何美霞, 唐晓铭, 王雪, 罗霄, 赵猛, 魏善碧 申请人:重庆大学