基于中心逆解耦VL精馏塔控制器设计与仿真小论文.docVIP

基于中心逆解耦的VL精馏塔控制器设计与仿真 摘　要：本文针对VL型精馏塔，利用中心逆解耦技术实现了输入与输出解耦，在此基础上设计了PID控制器，仿真结果表明了该控制策略的有效性。 关键词：精馏塔；中心逆解耦；PID控制 0 引 言 在石油化学工业中，精馏塔不但是广泛应用的分离装置，而且是消耗能量最多的操作单元。在美国，有人做过统计，石油化学工业中40%~50%的能量都消耗在精馏塔上。因此，我们应当密切关注精馏塔的控制问题。为了节省能量，我们总是希望提高精馏过程的效率，但是不管我们怎么改进技术，精馏塔作为一种完美的分离过程，除非设计合理的控制系统，效率不可能再提高了。 精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，在测量困难不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馏塔的控制方案是一个极为重要的课题。 本文针对VL型精馏塔，利用中心逆解耦技术实现了输入与输出解耦，在此基础上，设计了PID控制器，仿真结果表明了该控制策略的有效性。 1 动态数学模型 考虑VL型二元精馏过程，组分为甲醇与水，其动态过程可由下述模型描述： （1） 其中为塔顶甲醇摩尔分子数，为塔底甲醇摩尔分子数，R为回流率，S为塔底蒸汽流量；F为进料流量变化引起的干扰，C为进料组分变化引起的干扰。 2 中心逆解耦控制器设计 解耦的本质在于设置一个计算网络，用它抵消过程中的关联，以保证各个回路能独立工作。控制器的计算过程如下所示。 （2）（3）（4）（5） 图1 22中心逆解耦控制结构框图 精馏塔中心逆解耦控制仿真图如图2所示。 图2 精馏塔中心逆解耦控制仿真图 仿真结果如图3和图4所示。  图3 塔顶甲醇摩尔分子数偏差量 图4 塔底甲醇摩尔分子数偏差量  3 基于解耦的PID控制 精馏塔PID控制系统框图如图5所示。 图5 精馏塔PID控制系统框图 当第一个回路中，，，第二个回路,=0.0001， 时，仿真波形图如图6和图7所示。  图6 塔顶甲醇摩尔分子数偏差量 图7 塔底甲醇摩尔分子数偏差量 5 结论 加解耦控制器后的双输入双输出的仿真模型，每个输出只受到一个输入的控制，不受另一个输入的影响或受到的影响很小。本文针对VL型精馏塔，利用中心逆解耦技术实现了输入与输出解耦，在此基础上设计了PID控制器，仿真结果表明了该控制策略的有效性。 参考文献 [1] 王海英,袁丽英,吴勃.控制系统的MATLAB仿真与设计[M].北京:高等教育出版社,2009. [2] Truong N.L.,Lee J.,Lee M..Design of multi-loop PID controllers based on the generalized IMC-PID method with MP criterion. International Journal of Control[J].Automationand Systems,2007,5(2):212-217. [3] 黄永杰.精馏塔自动控制系统设计与应用[J].化工技术与开发,2012,41(1):51-54. [4] 王志魁,刘丽英,刘伟.化工原理[M].北京:化学工业出版社,2011. ontroller Design and Simulation for VL-Type Chemical Distillation Based on Central Inversion Decoupling Abstract: This article aimed at VL type distillation column, the input and output decoupling is realized by using the central inverse decoupling technique, and on the basis the PID controller was designed, the simulation results show the effectiveness of the proposed control strategy. Key words: diitillation column; central inverse decoupling; PID control 3