一種二元精餾塔分布式控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及過程控制的多變量系統(tǒng)自動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種針對二元精 饋塔的分布式控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著石油化工工業(yè)的蓬勃發(fā)展，石油化工為化學工業(yè)所提供的豐富原料，而精饋 是廣泛應用于石油、化工、冶金等行業(yè)的一種混合物分離提純技術(shù)。精饋塔是石化生產(chǎn)系統(tǒng) 中最重要的環(huán)節(jié)之一，針對其的控制分析是控制領(lǐng)域重要的熱點之一，其中二元精饋塔是 最常用的二組份分離裝置，如圖1所示的控制模型圖，待精饋組份可被分離為輕組分和重 組份。但是精饋塔各控制變量之間禪合較為嚴重，控制難度較大，雖然近年來許多多變量系 統(tǒng)解禪控制方法被提出，但大多的解禪集中式控制器設(shè)計過程復雜，計算過程對理論水平 要求較高，不易于生產(chǎn)過程現(xiàn)場控制工程師的理解和使用，造成有些多變量系統(tǒng)控制方法 只限于理論研究，脫離實際工程應用，而分布式控制系統(tǒng)則不同，能夠在實際工業(yè)中得到廣 泛的應用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明設(shè)計了一種針對二元精饋塔的分布式控制系統(tǒng)，簡化了多變量 化工反應過程控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，計算簡便方便現(xiàn)場工程師的應用。
[0004] 一種二元精饋塔分布式控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
[0005] 模型辨識單元，用于根據(jù)所需辨識的二元精饋塔輸入和輸出，給出二元精饋塔的 傳遞函數(shù)；
[0006] 解禪降階單元，根據(jù)二元精饋塔辨識出的傳遞函數(shù)進行動態(tài)解禪，并通過降階方 法得到進行設(shè)計控制器所需要的傳遞函數(shù)；
[0007] 控制器設(shè)計單元，針對解禪降階后的傳遞函數(shù)，根據(jù)給定的幅值裕度和穩(wěn)定裕度， 設(shè)計出分布式對角型控制器，并輸出控制器參數(shù)。
[000引進一步，所述分布式控制系統(tǒng)目標對象為二元精饋塔模型，所述二元精饋塔模型 為二輸入二輸出的模型，所述二元精饋塔模型的傳遞函數(shù)為
[0009]
[0010] 其中，馬仁)=馬為G(s)第j個輸入到第i個輸出的傳遞函數(shù)，T0為 該第j個輸入到第i個輸出的通道的時滯，S為拉普拉斯算子，i，j = 1，2 ;
[0011] 其中，所述模型辨識單元具體用最小二乘法來辨識所述的二元精饋塔模型，得到 其具體傳遞函數(shù)。
[0012] 進一步，針對二元精饋塔模型采用對角型解禪方法進行系統(tǒng)解禪，解禪后其廣義 被控對象成為對角陣形式
[001引
[0014] 其中G(s)為辨識出的被控對象，D(s)為設(shè)計的簡單解禪器；針對H(s)利用降階 方法得到一階加時滯傳遞函數(shù)
[0015] 進一步，所述設(shè)計控制器為對角型控制器形式
[0016] 進一步，所述控制器設(shè)計單元中分布式控制器依賴二元精饋塔傳遞函數(shù)解禪后的 一階加時滯傳遞函數(shù)，根據(jù)給定的開環(huán)傳遞函數(shù)的幅值裕度和相角裕度，此時開環(huán)傳遞函 數(shù)Pii(s)Ci(s)，i= 1，2,分別滿足相角為-31和幅值為1，然后得到基于穩(wěn)定裕度的PI控 制器
i= 1，2,其中kp巧比例控制參數(shù)，T。為積分時間常數(shù)。
[0017] 更為具體的，所辨識的二元精饋塔的傳遞函數(shù)模型為
[001引
[0019] 其中，ky為比例放大系數(shù)，TU為一階慣性時間常數(shù)，LU為第j個輸入對第i個輸 出的滯后時間，i，j= 1，2,S為拉普拉斯算子。
[0020] 設(shè)計的改進簡單解禪器D(s)如下 [002UD(s) =adj似Q(s)
[0022] 其中adj(G)是對象G(s)的伴隨矩陣，Q(s)是對角補償矩陣用W使解禪器有理化 及可實現(xiàn)，同時抵消掉伴隨矩陣中每一列元素的共同因式，例如共同的時滯項。該解禪器使 得被控對象能夠解禪成對角陣H(s)，其中
但是因為hii(s)(i= 1，2) 的形式過于復雜，不易于設(shè)計各種控制器，所W需要通過對hii(s)(i= 1，2)降階，得到它的 一階加時滯等效模型矩陣
[0023]
[0024] 下面給出矩陣中的一階加時滯模型具體形式
[0025]
[0026] 其中，Ai，B。Ti分別是比例系數(shù)，時間常數(shù)和時間滯后系數(shù)，i=I，2。接下來為求 得Pii(s)(i= 1，2)的S個參數(shù)，先假設(shè)原來傳遞函數(shù)hii(s)和降階得到的傳遞函數(shù)Pii(s) 在頻率為0時的靜態(tài)增益相同，在頻率為相角穿越頻率Wyi時，它們的幅值和相角相同，即兩 個傳遞函數(shù)需要滿足如下=式
[0027] p..(〇) =hii(O)
[0028] |p"(jWd)I= |h"(jWxi)
[0029] Z P"(jWxi)= ^h"(jwj
[0030] 簡化上面=式，一階加時滯模型的=個參數(shù)可W得到
[0034] 然后根據(jù)得到的一階加時滯模型，依據(jù)解禪后的獨立回路開環(huán)傳遞函數(shù)Pii(s) Ci(s)(i= 1，2)在增益穿越頻率和相位穿越頻率分別為和Wp，i時與給定的相位裕度 和幅值裕度A之間的關(guān)系滿足如下四式
[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，其表達式為
[0041]
[00創(chuàng)其中kp巧比例控制參數(shù)，T。為積分時間常數(shù)。
[0043] 對上面四式展開可W得到如下四式
[0048] 對于上面四個反正切函數(shù)，針對|y| < 1我們可W用下面的式子來近似
[0049]
[0050] 其中y是Wp，iln，Wp,斯，Wg,山，Wg,斯。在H> 1的情況，利用
[0054] 在仿真中發(fā)現(xiàn)|yI> 1該種情況比|yI< 1該種情況下的近似方法更好，因此在 該里用到如下等式
[0 化 5]
[0化6] 來近似四個式子里的反正切函數(shù)。同時為求得控制器的S個參數(shù)，該里令 r! =
[0057] 可W得到下面四式變?yōu)?br>
[00化]其中求得 因此，分布式控制器就得到 〇 了。
[0066] 本發(fā)明所具備的其他特征和效果將在下面的說明中進一步詳細闡述。本發(fā)明的目 的和其他優(yōu)點通過說明書，權(quán)利要求書W及附圖中指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
[0067] 下面通過附圖結(jié)合具體實施方案對本發(fā)明作進一步說明。
【附圖說明】
[0068] 圖1是二元精饋塔工藝流程圖；
[0069] 圖2是二元精饋塔分布式控制系統(tǒng)示意圖；
[0070] 圖3是二元精饋塔模型解禪控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方塊圖；
[0071]圖4a是回路1是模型降階前后NyquiSt曲線比較；
[007引圖4b是回路2是模型降階前后Nyquist曲線比較；
[0073] 黑色代表原模型，虛線代表降階的模型；
[0074] 圖5是化模型rl-yl的響應曲線；
[007引圖6是化模型r2-y2的響應曲線。
【具體實施方式】
[0076] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。說明書僅用于說明和解釋本 發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0077] 本發(fā)明的實施例提供了一種針對二元精饋塔的分布式解禪控制系統(tǒng)設(shè)計方法，