二元精馏塔抗饱和控制分析系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及多变量方形系统的自动控制领域，具体涉及一种针对二元精馏塔的抗 饱和控制分析系统。
【背景技术】
[0002] 精馏是广泛应用于石油、化工、冶金等行业中的一种混合物分离提纯技术。精馏塔 是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，常用于石化生产系统中，因此对精馏塔的控制分析 具有很重要的实践意义。二元精馏塔是最常用的二组份分离装置，如图1所示的控制模型 图，待精馏组份可被分离为轻组分和重组份。二输入二输出系统中，对于控制过程中控制器 输出饱和的情况，传统的解耦控制作用下，系统跟踪性能较差，影响产品质量和经济效益， 无法达到控制要求。近年来对抗饱和的研宄有很大进展，但算法复杂，理论水平较高，不利 于现场工程师的理解应用。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种针对二元精馏塔的抗饱和控制分析系 统，结构简单，计算简便，便于工程师的应用。
[0004] 根据本发明的一种实施方式，二元精馏塔抗饱和控制分析系统，包括：
[0005] 系统辨识单元，用于根据二元精馏塔的输入和输出，辨识出二元精馏塔的传递函 数。
[0006] 解耦单元，根据简单解耦分析方法对所述系统辨识单元辨识出的传递函数进行解 耦并给出解耦后的传递函数。
[0007] 抗饱和控制单元，用于根据解耦后的传递函数设计抗饱和控制器，并输出控制器 参数。
[0008] 其中，所辨识的二元精馏塔的传递函数模型为
【主权项】
1. 一种二元精馏塔抗饱和内模控制分析系统，其特征在于， 包括： 系统辨识单元，用于根据二元精馏塔的输入和输出，辨识出二元精馏塔的传递函数； 解耦单元，根据简单解耦分析方法对所述系统辨识单元辨识出的传递函数进行解耦并 给出解耦后的传递函数； 抗饱和控制单元，用于根据解耦后的传递函数设计抗饱和内模控制器，并输出控制器 参数。
2. 如权利要求1所述的抗饱和控制分析系统，其特征在于，所述抗饱和内模控制分析 系统目标对象为二元精馏塔，为2输入2输出模型，所述二元精馏塔模型的传递函数为：
其中，第j个输出到第i个输入的传递函数，ku为比例放大 系数，1^_为一阶惯性时间常数，τ u彡〇为第i个输入到第j个输出通道的时滞，i = 1，2， j = 2, 1，s为拉普拉斯算子； 其中，所述系统辨识单元具体用于由增广最小二乘法来辨识所述二元精馏塔模型的传 递函数。
3. 如权利要求1所述的抗饱和内模控制分析系统，其特征在于，针对二元精馏塔 模型采用对角阵解耦方法进行系统解耦，解耦后其广义被控对象成为对角阵形式，即 H(s) = G(s)Gd(s)= huiS)Α ω，其中G(S)为二元精馏塔模型的传递函数，Gd(S)为解耦 器，这里的G(S)必须是稳定非奇异的，则有：
其中(T(s)是G(S)的伴随矩阵，这里与其转置矩阵相等，定义为(T(s) = [Gu(S)] T，|G(S) I是行列式值，Ilii(S)是广义被控对象H(S)的对角线元素，则解耦器的对角元素 Gdii(S)和非对角元素 Gtui (s)表示为
其中Gii (s)为二元精馏塔模型传递函数中第i个输出到第i个输入的传递函数，Gu(S) 为第j个输出到第i个输入的传递函数。 进而得到
要保证解耦器Gd(S)可实现，考虑时滞情况，必须满足 τ (Gdji)彡 0, i = (1，2)，j = (2, I)，Gij (s)乒 O τ (Gdji)为解耦器心⑷第j个输入到第i个输出通道的时滞，当i = j时，写为 τ (Gdii)，τ (GiP为二元精馏塔模型传递函数i个输入到第j个输出通道的时滞，当i = j 时，写为 τ (Gii),由 Gdji(S)的表达式可知，τ (Gdji) = τ (Gij)-T (Gii)+τ (Gdii)，则上式等 价于τ (Gdii)彡τ (Gii)-Ti，其中厂=?尸问），是第i(i = 1，2)个输出通道所对应的最 小时滞。采用主对角元素只包含时滞项的特殊形式解耦器，由上述设计方法推出解耦Gd(S) 中各元素 Gdji (s)的具体表达开多式，其中i = 1，2, j = 2, 1，
4. 如权利要求3所述抗饱和内模控制分析系统，其特征在于，采用内模控制结构，针对 解耦后的广义被控对象H(S)设计内模控制器=Hr 1(X)FCy)，其中ZiT1Cy)为广义被 j\{s) 控对象最小相部分的逆，F(S)为滤波器矩阵，设计为对角形式7fi(s) _ i2{s)_ = ?Λλρ+?Γ，AiS滤波器参数，α >〇为滤波器的阶次。
5. 如权利要求1所述抗饱和控制分析系统，其特征在于，抗饱和控制器G。(s)的设计采 用反馈补偿抗饱和形式： Gc (s) = Gimc (s) +K (s) [R (s) -Y (s)] 其中，Gnc(S)为针对解耦后的广义被控对象设计的内模控制器，I= & ρ为反馈 A2 补偿参数矩阵，K1为第一通道的反馈补偿参数，K 2为第二通道的反馈补偿参数R(S)为系统 输入矩阵，Y(S)为系统输出矩阵。以J = minj^|.v(〇-.v'(〇k为性能指标，得出满足条件的 最优参数值，y(t)为控制器输出饱和存在时的真实输出，y'（t)为控制器输出无饱和时的 输出。
【专利摘要】本发明公开了一种二元精馏塔的抗饱和控制分析系统，针对二元精馏塔，提供抗饱和控制分析方法，满足控制工程师分析要求。该系统包括，辨识单元，用于根据二元精馏塔的输入和输出，辨识出二元精馏塔的传递函数；解耦单元，根据简单解耦分析方法对所述系统辨识单元辨识出的传递函数进行解耦并给出解耦后的传递函数；抗饱和控制单元，用于根据解耦后的传递函数设计抗饱和控制器，并输出控制器参数。本发明的优点是系统结构简单，调节参数少，计算简便，便于控制工程师应用，明显改善二元精馏塔的控制性能，提高生产效率和经济效益。
【IPC分类】G05B13-04
【公开号】CN104834217
【申请号】CN201510205384
【发明人】靳其兵, 井旭阳, 王琪, 蒋北艳, 戚林锋
【申请人】北京化工大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年4月27日