一种基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分离工艺动态控制技术领域，尤其涉及一种基于有效相对增益矩阵法 的萃取精馏工艺控制方法。
【背景技术】
[0002] 现有技术中萃取精馏工艺的实际生产中，常用到多输入多输出的萃取精馏进行产 品分离或废液处理，多输入多输出分离过程中输入输出的变化都对系统的稳态造成干扰， 生产中输入输出的微小变化又不能消除，因此动态控制方案的有效与否成为了工艺稳定生 产的重要因素。
[0003] 目前多用Iuyben法对萃取精馏工艺进行控制，Iuyben法的控制方法能够有效控 制外界干扰，但在有些情况下在Iuyben控制下，系统受到外界干扰时被控变量波动较大， 甚至有些情况下系统受到外界微小干扰作用后重新达到的稳态，严重偏离初始设定状态。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供一种有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方 法，以解决现有技术中的技术问题。
[0005] 本发明实施例提供了一种基于有效相对增益矩阵（ERGA)法的萃取精馏工艺的控 制方法，所述的控制方法包括以下步骤：
[0006] 步骤一：根据分离要求，选取萃取精馏塔的回流比、萃取剂回收塔的回流比、萃取 精馏塔的再沸器热负荷和萃取剂回收塔的再沸器热负荷作为控制变量；选取萃取精馏塔的 灵敏板温度、萃取剂回收塔的灵敏板温度和萃取精馏塔中水的质量分数为被控变量；
[0007] 步骤二：分别给各个控制变量施加阶跃扰动，得到被控变量的阶跃响应曲线，通过 对响应曲线的拟合得到动态过程的传递函数矩阵；
[0008] 步骤三：求取步骤二中的传递函数矩阵的有效相对增益矩阵；
[0009] 步骤四：根据配对准则，通过有效相对增益矩阵得到各个控制回路间相互扰动强 度最小的控制变量与被控变量的配对组合；
[0010] 步骤五：根据步骤四中控制变量与被控变量的最佳配对组合，设计控制方案和控 制器的参数；
[0011] 步骤六：根据步骤五中的控制方案和控制器参数对萃取精馏工艺进行控制。
[0012] 进一步的，所述的步骤二中对各个控制变量施加的阶跃扰动为+5%和-5%。
[0013] 进一步的，所述的步骤二中对各个控制变量施加扰动的过程为一阶线性的。
[0014] 进一步的，所述的步骤二中对各个控制变量施加扰动的过程中传递函数为：
【主权项】
1. 一种基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其特征在于，所述的控 制方法包括以下步骤： 步骤一：根据分离要求，选取萃取精馏塔的回流比、萃取剂回收塔的回流比、萃取精馏 塔的再沸器热负荷和萃取剂回收塔的再沸器热负荷作为控制变量；选取萃取精馏塔的灵敏 板温度、萃取剂回收塔的灵敏板温度和萃取精馏塔中水的质量分数为被控变量； 步骤二：分别给控制变量施加阶跃扰动，得到被控变量的开环阶跃响应曲线，通过对响 应曲线的拟合得到动态过程的传递函数矩阵； 步骤三：求取步骤二中的传递函数矩阵的有效相对增益矩阵； 步骤四：根据配对准则，通过有效相对增益矩阵得到各个控制回路间相互扰动强度最 小的控制变量与被控变量的配对组合； 步骤五：根据步骤四中控制变量与被控变量的最佳配对组合，设计控制方案和控制器 的参数； 步骤六：根据步骤五中的控制方案和控制器参数对萃取精馏工艺进行控制。
2. 根据权利要求1所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其特 征在于，所述的步骤二中对各个控制变量施加的阶跃扰动为+5%和-5%。
3. 根据权利要求1所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其特 征在于，所述的步骤二中对控制变量施加扰动的过程为一阶线性的。
4. 根据权利要求3所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方 法，其特征在于，所述的步骤二中对各个控制变量施加扰动的过程中传递函数为： -TS G (s) = it，其中，K为放大系数，τ为滞后时间，T为时间常数，s为拉普拉斯变换 Ts + 1 因子。
5. 根据权利要求4所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其特 征在于，所述的放大系数K为开环阶跃响应曲线上斜率的最大值。
6. 根据权利要求4所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其 特征在于，所述的时间常数T为：当对控制变量施加扰动时，控制变量达到最终稳定值的 63. 2%时所需的时间。
7. 根据权利要求4所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其特 征在于，所述的时间常数T的计算通过θ (Τ+τ) = θ (〇)+〇.632[θ (<χ〇-θ (〇)]来获得， 其中，τ为滞后时间，T为时间常数，θ (Τ+τ)表示在T+τ时刻，开环阶跃响应曲线的值， Θ (〇)表示在开始时刻，开环阶跃响应曲线的值；Θ ( m )表示开环阶跃响应曲线稳定时的 值。
8. 根据权利要求1所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，其特 征在于，所述的步骤三包括： 选取任意的控制变量作为输入变量，任意的被控变量作为输出变量，得到多组输入变 量与输出变量的组合，确定输入变量与输出变量之间的开环传递函数； 利用开环传递函数求取有效增益矩阵； 利用有效增益矩阵点乘有效增益矩阵逆矩阵的转置矩阵的计算方法得到有效相对增 益矩阵； 利用有效相对增益矩阵的计算方法求取步骤二中的传递函数矩阵的有效相对增益矩 阵。
9. 根据权利要求8所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法，其特征 在于，所述的开环传递函数为开环传递函数的稳态增益和标准传递函数的乘积。
10. 根据权利要求8所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法，其特 征在于，所述的利用开环传递函数求取有效增益矩阵包括： 求取输入变量与输出变量之间的开环传递函数的频率响应曲线、两坐标轴和开环传递 函数的标准传递函数频宽所围成的面积； 以所围成的面积为元素构成有效增益矩阵。
11. 根据权利要求10所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法，其特 征在于，所述的开环传递函数的标准传递函数频宽为开环传递函数的频率响应曲线的幅值 减为其稳态增益的0. 707对应的频率值。
12. 根据权利要求1所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法，其特 征在于，所述的步骤五中得到的控制方案为：通过控制萃取精馏塔的回流量控制控制萃取 精馏塔的灵敏板温度；通过控制萃取精馏塔再沸器的热负荷控制萃取精馏塔顶水的质量分 数；通过控制萃取剂回收塔再沸器的热负荷控制萃取剂回收塔的灵敏板温度。
13. 根据权利要求1所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法，其特 征在于，所述的基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺控制方法是针对甲酸乙酯-乙 醇-水共沸物系的萃取精馏工艺进行的控制。
【专利摘要】本发明公开了一种基于有效相对增益矩阵法的萃取精馏工艺的控制方法，所述的控制方法包括根据分离要求选取控制变量和被控变量；分别给各个控制变量施加阶跃扰动，得到被控变量的开环阶跃响应曲线，通过对响应曲线的拟合得到动态过程的传递函数矩阵；求取传递函数矩阵的有效相对增益矩阵；根据配对准则，通过有效相对增益矩阵得到各个控制回路间相互扰动强度最小的控制变量与被控变量的配对组合；根据控制变量与被控变量的最佳配对组合，设计控制方案和控制器的参数；根据控制方案和控制器参数对萃取精馏工艺进行控制。本发明的有益效果是各个回路间干扰小，更能有效的维持过程的稳定和产品的合格。
【IPC分类】G05B19-418
【公开号】CN104731057
【申请号】CN201510044600
【发明人】王洪海, 郭佳佳, 边娟, 耿海腾, 李春利
【申请人】河北工业大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月28日