基于MATLAB的精馏控制系统开发与仿真
实验报告基于Matlab的控制系统仿真1
实验一 基于Matlab 的控制系统模型姓名 学号 班级机械一、实验目的1) 熟悉Matlab 的使用环境，学习Matlab 软件的使用方法和简单编程方法。
2) 学习使用Matlab 软件进行拉氏变换和拉式反变换的方法。
3) 学习使用Matlab 软件建立、转换连续系统数学模型的方法。
4) 学习使用Matlab 软件分析控制系统稳定性的方法。
二、实验原理1. 拉氏变换和反拉氏变换(1) 拉氏变换syms a w tf1=exp(-a*t)laplace(f1)f2=2laplace(f2)f3=t*exp(-a*t)laplace(f3)f4=sin(w*t)laplace(f4)f5=exp(-a*t)*cos(w*t)laplace t-t (f5)(2) 拉氏反变换syms s a wf 1=1/silaplace(f 1)f 2=1/(s+a)ilaplace(f 2)f 3=1/s^2ilaplace(f 3)f 4=w/(s^2+w^2)ilaplace(f 4)f 5=1/(s*(s+2)^2*(s+3))ilaplace(f 5)…2. 控制系统模型的建立和转化传递函数模型：112m 112+()+m m n n nb s b s b num G s den a s a s b --++==++…… 零极点增益模型：1212()()()()()()()m n s z s z s z G s k s p s p s p ---=--- (1) 建立系统传递函数模型22(1)()(2)(3)56s s s s G s s s s s ++==++++ num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)(2) 建立系统的零极点模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)(3) 传递函数模型转化为零极点模型num=[1,1,0]den=[1,5,6]Gs1=tf(num,den)[z,p,k]=tf2zp(num,den)Gs2=zpk(z,p,k)(4) 零极点模型转化为传递函数模型z=[0,-1]p=[-2,-3]k=[1]Gs1=zpk(z,p,k)[num,den]=zp2tf(z',p',k)Gs2=tf(num,den)3. 用Matlab 进行传递函数部分分式展开5434321139+52s+26()1035+50s+241 2.530.5 1s+4s+3s+2s+1num s s s G s den s s s ++==++-=++++num=[1 11 39 52 26]den=[1 10 35 50 24][r,p,k]=residue(num,den)4. 连续系统稳定性分析已知传递函数，试求该系统的闭环极点并判断系统的稳定性。
应用MATLAB控制系统仿真
01
根据系统性能要求，设计比例、积分、微分控制器参数，优化
系统性能。
状态反馈控制器设计
02
通过状态反馈控制器设计，实现系统的最优控制。
鲁棒控制器设计
03
针对不确定性系统，设计鲁棒控制器，提高系统对参数变化的
适应性。
04
控制系统仿真的动态行为，通过建立和求解微 分方程来模拟系统的动态响应。
性能等。
05
Matlab控制系统仿真实 例
一阶系统仿真
总结词：简单模拟
详细描述：一阶系统是最简 单的控制系统，其动态行为 可以用一个一阶微分方程描 述。在Matlab中，可以使用 `tf`函数创建一个一阶传递函 数模型，然后使用`step`函 数进行仿真。
总结词：性能分析
详细描述：通过仿真，可以 观察一阶系统的响应曲线， 包括超调和调节时间等性能 指标。使用Matlab的绘图功 能，可以直观地展示系统的 动态行为。
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感谢您的观看
适用于模拟数字控制系统、采样控制系统等。
实时仿真
01
在实际硬件上实时模拟控制系统的动态行为，通过将
控制算法嵌入到实际控制系统中进行实时仿真。
02
使用Matlab中的`real-time workshop`等工具箱进
行建模和仿真，可以方便地实现实时仿真。
03
适用于模拟实际控制系统、验证控制算法的正确性和
实时仿真
Matlab支持实时仿真，可以在实 际硬件上运行控制算法，进行系 统测试。
02
控制系统数学模型
线性时不变系统
线性时不变系统（LTI）是指系统的输出与输入之间的关系 可以用线性常数来描述的系统。在控制系统中，LTI系统是 最常见的系统类型之一。
实验一指导书MATLAB在控制系统模型建立与仿真中应用
实验一MATLAB 在控制系统模型建立与仿真中地应用一、MATLAB 基本操作与使用1. 实验目地1)熟悉MATLAB工作环境平台及其各个窗口,掌握MATLAB 语言地基本规定,MATLAB图形绘制功能、M 文件程序设计.2) 学习使用MATLAB控制系统工具箱中线性控制系统传递函数模型地相关函数.2. 实验仪器PC计算机一台,MATLAB软件1套3. 实验内容1) MATLAB工作环境平台Command Window图1 在英文Windows 平台上地MATLAB6.5 MATLAB工作平台①命令窗口（Command Window）命令窗口是对 MATLAB 进行操作地主要载体,默认地情况下,启动MATLAB 时就会打开命令窗口,显示形式如图 1 所示.一般来说,MATLAB地所有函数和命令都可以在命令窗口中执行.掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界地第一步.命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要地人机交互,通过对命令行操作,避免了编程序地麻烦,体现了MATLAB 所特有地灵活性.p1Ean。
在运行MATLAB后,当命令窗口为活动窗口时,将出现一个光标,光标地左侧还出现提示符“>>”,表示MATLAB正在等待执行命令.注意：每个命令行键入完后,都必须按回车键！DXDiT。
当需要处理相当繁琐地计算时,可能在一行之内无法写完表达式,可以换行表示,此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行地值,而不理会该行是否已输入完毕.使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算,并与下一行衔接,等待完整输入后再计算整个输入地结果.在 MATLAB 命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便地编辑操作.比如：“↑”可用于调出前一个命令行,“↓”可调出后一个命令行,避免了重新输入地麻烦.当然下面即将讲到地历史窗口也具有此功能.jLBHr。
②历史窗口（Command History）历史命令窗口是 MATLAB6 新增添地一个用户界面窗口,默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令地历史记录,并标明使用时间,以方便使用者地查询.而且双击某一行命令,即在命令窗口中执行该命令.xHAQX。
基于MATLAB的精馏控制系统开发与仿真
过程控制三级项目说明书题目：精馏控制系统学院（系)：电气工程学院年级专业： 13级仪表一班小组：第一组指导教师：摘要精馏塔是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程设备。
精馏过程的实质就是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，实现各组分的分离。
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，动态响应迟缓,变量之间相互关联，在线测量困难,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，所以确定精馆塔的控制方案是一个极为重要的课题。
此外，在全球金融危机的压力下，国内众多过程工业企业不仅面临着同行的竞争压力，同时也面临着来自国际间的市场挑战.在当前经济并不景气的大环境下，积极的开发和应用先进过程控制技术来提高企业的经济效益,增强企业自身的竞争力是过程工业迎接挑战的主要途径。
随着控制理论与计算机技术的发展，不仅为先进控制技术的应用奠定了理论基础，同样也提供了良好的软硬件平台。
近些年来，先进控制技术在实际工业过程中也取得了较好的成效，具有十分广泛的应用前景。
精馏过程因其大时滞、变量藕合、动态特性分析复杂、约束条件复杂且难以进行变量配对等特性成为过程控制界多年来理论研究和实践的热点。
本文针对工程训练任务书中给出的系统辨识函数，搭建了仿真框图，调整PID参数，最终使系统在较好的指标内达到稳定。
关键词：精馏塔仿真框图 PID参数目录1.精馏控制系统．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.1精馏工艺概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3 1.2精馏工艺的基本要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 2。
系统分析及方案选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43.控制对象的数学模型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64.系统稳定性分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65.控制系统的参数整定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8 6。
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告
《MATLAB与控制系统仿真》实验报告一、实验目的本实验旨在通过MATLAB软件进行控制系统的仿真，并通过仿真结果分析控制系统的性能。
二、实验器材1.计算机2.MATLAB软件三、实验内容1.搭建控制系统模型在MATLAB软件中，通过使用控制系统工具箱，我们可以搭建不同类型的控制系统模型。
本实验中我们选择了一个简单的比例控制系统模型。
2.设定输入信号我们需要为控制系统提供输入信号进行仿真。
在MATLAB中，我们可以使用信号工具箱来产生不同类型的信号。
本实验中，我们选择了一个阶跃信号作为输入信号。
3.运行仿真通过设置模型参数、输入信号以及仿真时间等相关参数后，我们可以运行仿真。
MATLAB会根据系统模型和输入信号产生输出信号，并显示在仿真界面上。
4.分析控制系统性能根据仿真结果，我们可以对控制系统的性能进行分析。
常见的性能指标包括系统的稳态误差、超调量、响应时间等。
四、实验步骤1. 打开MATLAB软件，并在命令窗口中输入“controlSystemDesigner”命令，打开控制系统工具箱。
2.在控制系统工具箱中选择比例控制器模型，并设置相应的增益参数。
3.在信号工具箱中选择阶跃信号，并设置相应的幅值和起始时间。
4.在仿真界面中设置仿真时间，并点击运行按钮，开始仿真。
5.根据仿真结果，分析控制系统的性能指标，并记录下相应的数值，并根据数值进行分析和讨论。
五、实验结果与分析根据运行仿真获得的结果，我们可以得到控制系统的输出信号曲线。
通过观察输出信号的稳态值、超调量、响应时间等性能指标，我们可以对控制系统的性能进行分析和评价。
六、实验总结通过本次实验，我们学习了如何使用MATLAB软件进行控制系统仿真，并提取控制系统的性能指标。
通过实验，我们可以更加直观地理解控制系统的工作原理，为控制系统设计和分析提供了重要的工具和思路。
七、实验心得通过本次实验，我深刻理解了控制系统仿真的重要性和必要性。
MATLAB软件提供了强大的仿真工具和功能，能够帮助我们更好地理解和分析控制系统的性能。
基于MATLAB控制系统仿真实验报告
tf 4
y0
0 1
6、求出 G1(s)
2 (s2 2s 1) 与 G2 (s)
1 (2s3
3s2
1)
的单位阶跃响应，并分别
求出状态空间模型。
解：（1） G1(s) 2 (s2 2s 1) 的状态空间模型求解如下：
function shiyan2 b1=[2];
D(z)
0.62(1 0.136z 1)(1 0.183z (1 0.045z 1)(1 0.53z 1)
1 )
分别用仿真算法得到系统在单位阶跃输入作用下的响应，系统在单位速度输
入是的输出响应。
解：（1）首先将 W1(s)转换为 W1(z)，采样周期 T=0.2s，程序清单如下： function shiyan42 num=[10];den=[0.005 0.15 1 0]; ts=0.2;[nc,dc]=c2dm(num,den,ts)
INTRO（注意：intro 为一个用 MATLAB 语言编写的幻灯片程序，主要演示
常用的 MATLAB 语句运行结果。）
然后，根据现实出来的幻灯片右面按钮进行操作，可按 START——NEXT—
—NEXT 按钮一步步运行，观察。
3、自编程序并完成上机编辑，调试，运行，存盘：
（1）用 MATLAB 命令完成矩阵的各种运算，例如：
5、利用 ode23 或 ode45 求解线性时不变系统微分方程 y(t) Ay(t) ，并绘制出 y(t)
曲线，式中
A
0.5
1
1 0.5
t t0 t 如下： function xdot=fun21(t,x) A=[-0.5 1;-1 -0.5]; xdot=A*x; function fzsy22 t0=0;tf=4;tol=1e-6; x0=[0;1];trace=1; [t,x]=ode23('fun21',t0,tf,x0,tol,trace); plot(t,x) 得到的实验结果如下图所示：
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文
基于MATLAB控制系统的仿真与应用毕业设计论文目录一、内容概括 (2)1. 研究背景和意义 (3)2. 国内外研究现状 (4)3. 研究目的和内容 (5)二、MATLAB控制系统仿真基础 (7)三、控制系统建模 (8)1. 控制系统模型概述 (10)2. MATLAB建模方法 (11)3. 系统模型的验证与校正 (12)四、控制系统性能分析 (14)1. 稳定性分析 (14)2. 响应性能分析 (16)3. 误差性能分析 (17)五、基于MATLAB控制系统的设计与应用实例分析 (19)1. 控制系统设计要求与方案选择 (20)2. 基于MATLAB的控制系统设计流程 (22)3. 实例一 (23)4. 实例二 (25)六、优化算法在控制系统中的应用及MATLAB实现 (26)1. 优化算法概述及其在控制系统中的应用价值 (28)2. 优化算法介绍及MATLAB实现方法 (29)3. 基于MATLAB的优化算法在控制系统中的实践应用案例及分析对比研究31一、内容概括本论文旨在探讨基于MATLAB控制系统的仿真与应用，通过对控制系统进行深入的理论分析和实际应用研究，提出一种有效的控制系统设计方案，并通过实验验证其正确性和有效性。
本文对控制系统的基本理论进行了详细的阐述，包括控制系统的定义、分类、性能指标以及设计方法。
我们以一个具体的控制系统为例，对其进行分析和设计。
在这个过程中，我们运用MATLAB软件作为主要的仿真工具，对控制系统的稳定性、动态响应、鲁棒性等方面进行了全面的仿真分析。
在完成理论分析和实际设计之后，我们进一步研究了基于MATLAB 的控制系统仿真方法。
通过对仿真模型的建立、仿真参数的选择以及仿真结果的分析，我们提出了一种高效的仿真策略。
我们将所设计的控制系统应用于实际场景中，通过实验数据验证了所提出方案的有效性和可行性。
本论文通过理论与实践相结合的方法，深入探讨了基于MATLAB 控制系统的仿真与应用。
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践
基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践控制系统设计是现代工程领域中至关重要的一部分，它涉及到对系统动态特性的分析、建模、控制器设计以及性能评估等方面。
MATLAB作为一种强大的工程计算软件，在控制系统设计与仿真方面有着广泛的应用。
本文将介绍基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，包括系统建模、控制器设计、性能评估等内容。
1. 控制系统设计概述控制系统是通过对被控对象施加某种影响，使其按照既定要求或规律运动的系统。
在控制系统设计中，首先需要对被控对象进行建模，以便进行后续的分析和设计。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师快速准确地建立系统模型。
2. 系统建模与仿真在MATLAB中，可以利用Simulink工具进行系统建模和仿真。
Simulink是MATLAB中用于多域仿真和建模的工具，用户可以通过拖拽图形化组件来搭建整个系统模型。
同时，Simulink还提供了各种信号源、传感器、执行器等组件，方便用户快速搭建复杂的控制系统模型。
3. 控制器设计控制器是控制系统中至关重要的一部分，它根据系统反馈信息对输出信号进行调节，以使系统输出达到期望值。
在MATLAB中，可以利用Control System Toolbox进行各种类型的控制器设计，包括PID控制器、根轨迹设计、频域设计等。
工程师可以根据系统需求选择合适的控制器类型，并通过MATLAB进行参数调节和性能优化。
4. 性能评估与优化在控制系统设计过程中，性能评估是必不可少的一环。
MATLAB提供了丰富的工具和函数，可以帮助工程师对系统进行性能评估，并进行优化改进。
通过仿真实验和数据分析，工程师可以评估系统的稳定性、鲁棒性、响应速度等指标，并针对性地进行调整和改进。
5. 实例演示为了更好地说明基于MATLAB的控制系统设计与仿真实践，我们将以一个简单的直流电机速度控制系统为例进行演示。
首先我们将建立电机数学模型，并设计PID速度控制器；然后利用Simulink搭建整个闭环控制系统，并进行仿真实验；最后通过MATLAB对系统性能进行评估和优化。
基于MATLAB控制系统的仿真与应用
毕业设计（论文）题目基于MATLAB控制系统仿真应用研究系别信息工程系专业名称电子信息工程班级学号088205227学生姓名蔚道祥指导教师罗艳芬二O一二年五月毕业设计（论文）任务书I、毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的控制系统仿真应用研究II、毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)及设计技术要求：原始资料：（1）MATLAB语言。
（2）控制系统基本理论。
设计技术要求：（1）采用MATLAB仿真软件建立控制系统的仿真模型，进行计算机模拟，分析整个统的构建，比较各种控制算法的性能。
（2）利用MATLAB完善的控制系统工具箱和强大的Simulink动态仿真环境，提供方框图进行建模的图形接口，分别介绍离散和连续系统的MATLAB和Simulink仿真。
I I I、毕业设计(论文)工作内容及完成时间：第01～03周：查找课题相关资料，完成开题报告，英文资料翻译。
第04～11周：掌握MATLAB语言，熟悉控制系统基本理论。
第12～15周：完成对控制系统基本模块MATLAB仿真。
第16～18周：撰写毕业论文，答辩。
Ⅳ、主要参考资料：[1] 《MATLAB在控制系统中的应用》，张静编著，电子工业出版社。
[2]《MATLAB在控制系统应用与实例》，樊京，刘叔军编著，清华大学出版社。
[3]《智能控制》，刘金琨编著，电子工业出版社。
[4]《MATLAB控制系统仿真与设计》，赵景波编著，机械工业出版社。
[5]The Mathworks,Inc.MATLAB-Mathemmatics(Cer.7).2005.信息工程系电子信息工程专业类0882052 班学生（签名）：填写日期：年月日指导教师（签名）：助理指导教师(并指出所负责的部分)：信息工程系（室）主任（签名）：学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现
现代控制系统分析与设计——基于matlab的仿真与实现随着社会经济的发展，现代控制理论对于促进技术进步有着巨大的贡献。
随着现代控制技术的发展，设计现代控制系统的重要性也随之增加。
本文的主要目的是分析和设计基于matlab的现代控制系统，并进行仿真和实现。
现代控制系统涉及多种理论，比如微分方程，线性系统理论，数字滤波，信号处理等等。
而matlab是一款非常便捷的工具，可以帮助我们更有效率的分析和设计现代控制系统。
首先，matlab可以用来帮助我们研究现代控制系统的特性和性能，可以实现过程模拟，帮助我们定义控制系统的模型，进而确定系统的参数，以此设计更有效的控制系统。
此外，matlab还可以进行提示性程序和实际应用程序的构建，可以用来实现现代控制系统的仿真。
仿真可以帮助我们更好地理解现代控制系统的工作原理和特性，因此，matlab可以用作控制系统的重要设计工具。
另外，matlab的可视化界面可以帮助我们实现更直观的仿真，它可以提供更多的可视化效果，以便实现对控制系统特性和性能的详细分析和研究。
最后，matlab也可以用来实现现代控制系统的实际实施，利用matlab来实现控制系统，不仅可以增加开发效率，更重要的是可以增加系统稳定性和可靠性。
综上所述，matlab可以用来分析和设计现代控制系统，实现仿
真和实施，这一切都有助于提高我们的现代控制系统设计的效率和水平，从而大大提高了我们的社会生活和工作效率。
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信息科学与工程学院工程训练报告题目基于MATLAB的精馏控制系统开发与仿真学生姓名大神学号 ********** 专业班级自动化大神班指导老师大神的老师完成日期 2015.9.14前言精馏塔是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程设备。
精馏过程的实质就是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，实现各组分的分离。
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，动态响应迟缓，变量之间相互关联，在线测量困难，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，所以确定精馆塔的控制方案是一个极为重要的课题。
此外，在全球金融危机的压力下，国内众多过程工业企业不仅面临着同行的竞争压力，同时也面临着来自国际间的市场挑战。
在当前经济并不景气的大环境下，积极的开发和应用先进过程控制技术来提高企业的经济效益，增强企业自身的竞争力是过程工业迎接挑战的主要途径。
随着控制理论与计算机技术的发展，不仅为先进控制技术的应用奠定了理论基础，同样也提供了良好的软硬件平台。
近些年来，先进控制技术在实际工业过程中也取得了较好的成效，具有十分广泛的应用前景。
精馏过程因其大时滞、变量稱合、动态特性分析复杂、约束条件复杂且难以进行变量配对等特性成为过程控制界多年来理论研究和实践的热点。
近30年来，有关精馏塔控制的研究文献大量涌现，其研究热点大致趋势可分为：(1)开发和应用线性多变量控制技术，自适应控制，预测推理控制和鲁棒控制算法，进行精馏塔的预测控制系统和鲁棒控制系统设计。
(2)应用先进控制技术与优化策略，实现精馏塔的节能优化控制。
针对精馏塔的非线性本质，Trotta采用降阶模型来简化控制器的设计，并通过全局线性化的控制方法对精馆塔的两端组分含量进行控制，取得了良好的控制效果。
在先进控制算法方面，Fileti将可编程自适应控制器、自整定调节器和基于神经网络建模的模型预测控制算法应用于实验间歇精馆塔装置的控制。
就鲁棒性问题，王刹设计了对象具有加性不确定性时基于控制的Smith预估器，将具有多个时间滞后系统的跟踪问题转化为标准控制器设计问题。
智能控制方面，Canete采用神经网络对精馏塔建模，提出自适应基于神经网络的模糊控制器，并在二元精馆塔上进行了仿真。
与此同时，对精馆塔两端组分控制（Dual Composition Control)及控制系统结构分析成为主要的研宄方向之一。
推理控制也因组分在线测量装置的精度难以满足在线控制的需求而受到广泛关注。
Kano指出了动态推理模型有最好的估计精度，并在此基础上提出了一种“预测推理控制”，使用在线辨识的推理模型估计未来成分的变化以对其控制。
综合来说，绝大数精馆塔控制的研究仍局限于理论推导仿真或实验室装置，实际的工业应用仍占少数。
随着过程工业对精馆过程要求的提高，需要控制界提出更多实际应用价值高的控制策略，并付诸实际。
本文针对工程训练任务书中给出的系统辨识函数，搭建了仿真框图，调整PID参数，最终使系统在较好的指标内达到稳定。
目录前言 (2)1精馏控制系统概述 (4)1.1精馏工艺概述 (4)1.2精馏工艺的基本要求 (4)2系统分析及方案选择 (5)3控制对象的数学模型 (6)4系统稳定性分析 (7)5控制系统的参数整定 (8)6控制系统Simulink仿真 (10)6总结 (11)参考文献 (11)1精馏控制系统概述1.1精馏工艺概述精馏是将一定浓度的溶液送入精馏装置使它反复地进行部分汽化和部分冷凝，从而的得到预期的塔顶和塔底产品的操作。
精馏的设备和过程如图1.1所示。
图1.1 精馏设备与精馏过程精馏设备主要有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和回流泵。
原料从精馏塔中段某一块塔板（称为进料板）进入。
进料板把精馏塔分为进料板以上的精馏段和进料板以下的提馏段。
进入塔内的液体与塔内上升蒸汽在各层塔板上充分接触，使沸点低的易挥发组分汽化上行；沸点高的难挥发组分随液体往下流。
精馏塔内物料和蒸汽在逆流作用下进行传质和传热。
下流到塔釜的液体分为两部分，一部分被引出为塔底产品，另一部分经再沸器加热汽化后返回精馏塔。
精馏塔内上升的蒸汽依次经过所有塔板，使蒸汽中易挥发组分浓度逐渐增大，馏出塔顶的蒸汽在冷凝器中冷凝为液体，经回流罐和回流泵后，液体分为两部分，一部分塔顶产品引出，另一部分则引回到精馏塔塔顶的精馏段塔板上，称为回流量。
在精馏过程达到稳态时，塔内状态稳定，每层塔板上液体和蒸汽的浓度均保持不变，塔外状态稳定，塔顶产品和塔釜产品的浓度和流量均保持定值。
1.2精馏工艺的基本要求精馏塔的控制主要有三类指标：质量指标（产品纯度）、产品产量指标和能耗指标。
根据精馏过程，基本的精馏工艺要求有：（1）保证产品的提纯纯度（质量）和产量精馏过程所得产品自然应满足规定的质量要求。
精馏产品的质量要求一般是要保证塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度要求，而另一产品纯度在规定的范围内。
产品质量的高低与能耗、产量和成本等关联密切，为了取得综合效益最好，往往把产品质量控制到刚好能满足规格要求，即所谓“卡边”生产。
产品的产量通常用回收率表示。
回收率为原料中每单位产品组分所能得到的可售产品的数量。
可见回收率越高，表明产量越高。
（2）安全和节能生产过程的安全性主要体现在精馏过程控制中的参数设限问题，即根据实际情况，设定如蒸汽压力、流量等的最大最小值，以防止事故发生保证安全生产。
耗能问题是精馏过程所研究的重点问题。
能耗的降低主要考虑工艺过程的合理性、过程控制的参数选择和策略选择合理性等。
2系统分析及方案选择精馏工艺的基本控制内容包括：精馏塔外部的原料流量控制、过热蒸汽控制；精馏塔内部的精馏塔压力控制、精馏段相关量控制、提馏段相关量控制；总体的安全控制和节能控制等。
其中，精馏塔内精馏段相关量控制包括：精馏段回流量控制、馏出液量控制、馏出产品质量控制等。
精馏塔内提馏段相关量控制包括：再沸器加热量控制、提馏段质量控制、提馏段釜液流量控制等。
在分离混合物的精馏过程中，通过控制再沸器的加入蒸汽量来维持精馏塔气相的空间速度。
如果气相的空间速度太高会引起液泛，其后果是从气相带走大量没有分离的混合物；反之，如果气象空间速度太低，则会引起漏液，其后果是从液相带走大量没有分离的混合物。
在这两种情况下，都会破坏精馏塔的正常运行。
蒸汽加热的再沸器是把蒸汽释放的潜热转化成被加热液体的汽化热，如果加热蒸汽量太大，传热间壁两边的温差增大，容易使被加热液体一侧产生的气泡连成一片，使实际传热效率大大降低。
可见在，在控制再沸器蒸汽流量的同时。
需要对最大的蒸汽量加以限制。
被调节变量可以取精馏塔的供料流量、塔压、精馏塔塔釜液位或冷凝液储槽液位。
选择冷凝液储槽液位为被调节量，控制再沸器的蒸汽加入量。
这种控制方法在塔底产品流量较小时经常采用。
在这种场合下，一般不采用塔釜液位来调节加热蒸汽量，因为塔底产品流量很低时，加热蒸汽量的增加会使再沸器里的一部分液体排入精馏塔，造成塔釜液位短时间里增加，之后又逐渐下降，这样控制起来会比较困难。
图2.1 系统控制方案结构简图考虑到冷凝槽的液位变化基本上是与加热蒸汽量成比例的，所以采用冷凝液储槽液位控制加热蒸汽量可以应用线性调节器。
系统控制方案结构简图如图2.1。
由于蒸汽加入量的变化要通过再沸器、精馏塔、冷凝器和储槽，再影响到液位的变化，所以对象有较大的滞后特性，因此采用PID调节器。
为了防止设定值突变时，微分控制输出突跳，将微分环节设置在反馈回路中，微分运算只对测量信号进行，即先行微分；蒸汽流量调节器采用PI调节器。
冷凝液储槽液位利用差压变送器进行测量。
系统框图如图2.2。
图2.2再沸器控制系统框图3控制对象的数学模型广义被控对象（即从再沸器至储液槽液位，含有电/气转换器、阀门定位器/阀门、被控对象和液位变送器）的数学模型为：G(s)=3e −15s(15s+1)2从再沸器（蒸汽流量）至精馏塔内压力测量变送器的数学模型为：G(s)=e−5s13s+1 整齐的限制流量和塔内压力关系为：Q sH(s)=Q0−0.64P(s)，式中Q sH (s)为蒸汽的限制流量（拉氏变换）；Q0为蒸汽的最大流量；P(s)为塔内压力最大值（拉氏变换）。
4系统稳定性分析广义被控对象G(s)=3e −15s(15s+1)2的伯德图：Matlab程序：num=[3];den=conv([15 1],[15 1]);G=tf(num,den,'inputdelay',15);margin(G);伯德图：由Bode图可知，无调节器时，相位裕度为-10.5°，幅值裕度为-0.893°，所以开环系统不稳定。
5控制系统的参数整定PID模块位于MATLAB SIMULINK的coutinuous库中，如图5.1，这里先整定蒸汽流量调节器的PI参数，利用此PID Tunner，可以自动整定PI参数。
D参数由于采用先行微分，需要通过观察simulink仿真波形，手动调试。
图5.1 PID模块首先连接仿真模型，如图5.2图5.2闭环系统PI调节器simulink框图·双击打开PID模块的设置界面如图5.3图5.3PID模块设置页面在Controller下拉菜单中选择PI结构模式，Time-domain选项选择连续域模式。
选择好模式之后，单击Apply，然后单击Tune按钮，PID Tuner会自动在系统默认的工作点处对模型进行线性化处理，设计出控制器的参数。
如图 5.4所示,P=0.1197，I=0.006651。
图5.4PID自动调节模块界面6控制系统Simulink仿真搭建完整的系统Simulink仿真框图，在仿真框图中，为了模拟真正的工业控制环境，在特定的环节，添加了幅值为-0.5至0.5的噪声干扰信号，仿真框图如图所示：图6.1 控制系统仿真框图图6.2 仿真结果曲线从上至下依次为：给定蒸汽流量、实际蒸汽流量、塔内压力、扰动。
由图6.2可知，系统实现了控制要求，系统稳定性较好，稳态时间约为200s左右，能满足一般精馏过程控工程训练报告制的需要。
6总结本次工程训练，我通过查阅国内相关文献和教材，了解了精馏控制系统国内外发展现状，对精馏过程的背景和工艺流程有了一定的认识。
我通过快速学习，使用Simulink对精馏控制系统进行了建模与仿真。
在仿真过程中，遇到了许多问题，我通过查阅资料和动手调试，解决了大部分问题，基本实现了精馏控制系统PID参数的整定和Simulink仿真。
在本次实践过程中，我也发现了自身基础知识掌握欠佳，对Matlab和Simulink的理解和运用依然停留在表面水平。
因此，在今后的学习中，我将更加注重基础与实践的结合，以求对原理有更深刻的理解。
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