精馏模糊解耦控制系统探究

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先进过程控制第六章解耦

r2
a12 0 y2 ' ' WC 2 (s) m a22 2 y2 ' y2
(2)当 ij 1 时, 表明 yi / m j
yi / m j y , 即其它回路闭合时 j i 通道的放大系数会减小, 说明 m j与 yi 所组
m
成的回路与其它各回路间有耦合, 并随 ij 的增大, 耦合的程度越严重. (3)当 ij 1 时, 表明 yi / m j m yi / m j y , 即其它回路闭合时 j i 通道的放大系数会增大, 说明 m j 与 yi 所组
r2
WC 2 (s) m
2
2
a12 a22
y1 y1 ' y1 ' ' a11m1 a12m2 a12 a21 a11m1 m1 a22 y1 a12a21 a11 m1 y 0 a22
2
定义 y1 到 m1 通道的相对放大系数
11
y1 / m1 m 0 y1 / m1 y 0
m1 m2 y1 11 12 21 22
由上面计算所得的相对放大系数矩阵
11 21
a11a22 12 a11a22 a12a21 22 a12a21 a a a a 11 22 12 21
a12a21 a11a22 a12a21 (3) a11a22 a11a22 a12a21
m2
2
压力回路闭合时, 即保持 P 不变, m1 P 的第二放大 1 系数
m1 P P0 P 1 P ( P0 P ) 1 c m1 P cons. c
1
(10)
由式(9)和式(10)可得该通道的相对放大系数为:

第七章解耦控制系统PPT课件

第七章解耦控制系统
解耦控制系统
学习内容
❖1 耦合过程及其要解决的问题 ❖2 相对增益与相对增益矩阵 ❖3 解耦控制系统的设计
1. 耦合过程及其要解决的问题
▪ 在一个生产装置中，往往需要设置若干个控制回路，来稳定各个被控变量。在这种情况下，几个回路之间，就可能相互关联，相互耦合，相互影响，构成多输入多输出的相关（耦合）控制系统。
的根所决定。即特征方程的根具有负实部，两个关联回路是稳定的。
1. 耦合过程及其要解决的问题
❖ 通常认为，在一个多变量被控过程中，如果每一个被控
变量只受一个控制变量的影响，则称为无耦合过程，其分析和设计方法与单变量过程控制系统完全一样。
❖ 存在耦合的多变量过程控制系统的分析与设计中需要解决的主要问题： 1. 如何判断多变量过程的耦合程度？ 2. 如何最大限度地减少耦合程度？ 3. 在什么情况下必须进行解耦设计，如何设计？
2. 相对增益与相对增益矩阵
❖第一放大系数pij （开环增益）
▪ 指耦合系统中，除Uj到Yi通道外，其它通道全部断开时所得到的Uj到Yi通道的静态增益;
▪ 即，调节量Uj改变了Uj所得到的Yi的变化量 Yi与Uj之比，其它调节量Uk（k≠j）均不变。
▪ pij可表示为：
Y p i
ij U j Uk c onst
2. 相对增益与相对增益矩阵
▪ 令某一通道在其它系统均为开环时的放大系数与该一通道在其它系统均为闭环时的放大系数之比为λij，称为相对增益;
▪ 相对增益λij是Uj相对于过程中其他调节量对
该被控量Yi而言的增益（ Uj → Yi ）；
▪ λij定义为
p
ij
ij
q
ij

精馏塔控制系统设计

精馏塔控制系统设计精馏塔控制系统是指用于控制精馏装置运行的自动化系统。

精馏塔是化工过程中常用的一种分离设备，用于将混合物按照不同组分进行分离，并获得精馏产品。

精馏塔控制系统设计的目标是实现对塔内温度、压力、流量等参数的自动调节，以保持塔的稳定运行和达到设定的产品品质和产量要求。

1.系统的安全性：由于精馏塔操作涉及到高温高压的条件，系统的安全性是首要考虑因素。

安全系统应该能及时发现并处理可能的危险情况，如超压、超温等，确保塔内的操作条件始终处于安全范围内。

2.过程控制策略：根据塔的物料性质和操作要求，设计合理的控制策略。

常见的控制策略包括温度控制、压力控制、流量控制等。

需要根据塔内的反应动力学特性和传热传质特性来优化控制策略，比如采用多变量控制或者模型预测控制等。

3.仪表设备选型：根据控制策略选择合适的仪表设备，如温度传感器、压力传感器、流量计等。

仪表设备应具有高精度、稳定性好和耐高温高压等特点，以满足精馏塔操作的要求。

4.控制系统架构设计：根据控制策略和仪表设备的选择，设计控制系统的架构。

控制系统通常包括传感器、执行器、控制器和通信网络等部分。

传感器用于测量塔内的物理参数，执行器用于调节塔内的操作条件，控制器用于处理传感器的测量信号并确定下一步的控制策略，通信网络用于传输和共享数据。

5.监控系统设计：精馏塔的操作过程需要实时监控，及时发现和处理异常情况。

监控系统应能对塔内各项参数进行实时显示和记录，并提供报警、故障诊断和数据分析等功能。

监控系统可以采用人机界面、数据采集系统、故障诊断系统等多种形式。

在精馏塔控制系统的设计中，需要充分考虑各种可能的操作变量、工艺的稳定性、产量和能耗等方面的要求。

通过合理的控制系统设计，可以实现对精馏塔的准确控制，提高产品质量和产量，降低能耗和运行成本。

精馏过程的模糊无模型自适应协调控制方法苗帝

第 30 卷
第1 期
计
算
机
仿
真
2013 年 1 月
文章编号： 1006 － 9348 （ 2013 ） 01 － 0377 － 05
精馏过程的模糊无模型自适应协调控制方法
苗帝，刘振娟，李宏光
（北京化工大学信息科学与技术学院，北京 100029 ）摘要：研究多变量协调控制问题，针对模型未知且具有强耦合特性的多输入多输出乙醇－水精馏过程，主副被控参数的控制要求不同，常规 PID 控制性能差，当出现显著的不可测干扰时，应协调相关的操纵变量，既保证关键参数不偏离期望值，又使得其它被控过程参数的波动较小。为了解决上述问题，提出了一类模糊无模型自适应协调控制方法。无模型自适应控制结构，通过充分利用过程控制参数的偏差和偏差变化率等信息，建立了主副控制参数不同控制目标的模糊规则，自适应地改变无模型自适应控制器的参数。该方法能够有效地协调乙醇－水精馏过程，达到主副被控参数的控制要求，扩展了无模型自适应控制方法的应用范围。过程实例研究验证了所提出技术方法的有效性。关键词：协调控制；无模型自适应控制；模糊规则；精馏过程中图分类号： TP273 + ． 4 文献标识码： B
1
引言
精馏过程是石化行业中一种重要的传质过程，广泛用于
调节过程中其它参数也会产生较大的波动，协调控制策略在于协调相关的操纵变量，使得所有被控参数满足各自的控制要求，保证过程平稳运行。常规的协调控制方法通常是依赖于过程的数学模型，如柴天佑等（ 2000 ）
［1 ］
分离各类化工产品。通过精馏操作，能够使得混合物得以分离，并且使其中的组分达到各自需要的纯度。例如，乙醇－水溶液通过精馏能够得到高纯度的乙醇。乙醇－水精馏塔是一个典型的多输入多输出且具有强耦合的连续过程，当过程中出现显著的干扰作用时，如：进料的组分、温度等发生改变，精馏塔的关键参数将偏离设定值，

5.1 精馏塔控制系统

第五章
（1）温差控制
精馏塔控制系统
在精馏中，任一塔板的温度是成分与压力的函数，影响温度变化的因素可以是成分，也可以是压力。在一般塔的操作中，无论是常压塔、减压塔还是加压塔，压力都是维持在很小范围内波动的，所以温度与成分才有对应关系。但在精密精馏中，要求产品纯度很高，两个组分的相对挥发度差值很小，由于成分变化引起的温度变化较压力变化引起温度的变化要小得多，所以微小压力波动也会造成明显的效应。例如，苯-甲苯-二甲苯分离时，大气压变化6.67 kPa，苯的沸点变化2 ℃，已超过了质量指标的规定。这样的气压变化是完全可能发生的，由此破坏了温度与成分之间的对应关系。所以在精密精馏时，用温度作为被控变量往往得不到好的控制效果，为此应该考虑补偿或消除压力微小波动的影响。选择温差信号作为间接质量指标时，测温点应按下述方法确定。如塔顶馏出液为主要产品时，一个测温点应放在塔顶（或稍下一些），即成分和温度变化较小、比较恒定的位置；而另一个检测点放在灵敏板附近，即成分和温度变化较大、比较灵敏的位置上。然后取上述两个测温点的温度差∆T作为被控变量，此时压力波动的影响几乎相互抵消。
第五章
精馏塔控制系统
在一定的纯度要求下，增加塔内的上升蒸汽是有利于提高产品回收率的，但同时也意味着再沸器的能量消耗要增大。况且，任何事物总是有一定限度的。在单位进料量的能耗增加到一定数值后，再继续增加塔内的上升蒸汽，则产品回收率就增长不多了。精馏塔的操作情况，必须从整个经济效益来衡量。在精馏操作中，质量指标、产品回收率和能量消耗均是要控制的目标。其中质量指标是必要条件，在质量指标一定的条件下应在控制过程中使产品的产量尽可能提高一些，同时能量消耗尽可能低一些。（4）约束条件）为确保精馏塔的正常、安全运行，必须使某些操作参数限制在约束条件之内。常用的精馏塔限制条件为液泛限、漏液限、压力限及临界温差限等。 ① 所谓液泛限，也称气相速度限，即塔内气相速度过高时，雾沫夹带十分严重，实际上液相将从下面塔板倒流到上面塔板，产生液泛，破坏正常操作。 ② 漏液限也称最小气相速度限，当气相速度小于某一值时，将产生塔板漏液，使塔板效率下降。防止液泛和漏液，可以通过塔压降或压差来监视气相速度。

精馏塔控制系统说课讲解

精馏塔控制系统说课讲解精馏塔控制系统第6章精馏塔控制系统6.1 概述精馏是化⼯、⽯油化⼯、炼油⽣产过程中应⽤极为⼴泛的传质传热过程。

精馏的⽬的是利⽤混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。

精馏过程的实质是利⽤混合物中各组分具有不同的挥发度，即同⼀温度下各组分的蒸汽分压不同，使液相中轻组分转移到⽓相，⽓相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。

轻组分的转移提供能量；冷凝器将塔顶来的上升蒸汽冷凝为液相，并提供精馏所需的回流。

精馏过程是⼀个复杂的传质传热过程。

表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂。

因此，熟悉⼯艺过程和内在特性，对控制系统的设计⼗分重要。

6.1.1 精馏塔的控制要求精馏塔的控制⽬标是：在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率最⾼、能耗最低，即使总收益最⼤，成本最⼩。

精馏过程是在⼀定约束条件下进⾏的。

因此，精馏塔的控制要求可从质量指标、产品产量、能量消耗和约束条件四⽅⾯考虑。

1．质量指标精馏塔的质量指标是指塔顶或塔底产品的纯度。

通常，满⾜⼀端的产品质量，即塔顶或塔底产品之⼀达到规定纯度，⽽另⼀端产品的纯度维持在规定范围内。

所谓产品的纯度，就⼆元精馏来说，其质量指标是指塔顶产品中轻组分含量和塔底产品中重组分含量。

对于多元精馏⽽⾔，则以关键组分的含量来表⽰。

关键组分是指对产品质量影响较⼤的组分，塔顶产品的关键组分是易挥发的，称为轻关键组分；塔底产品的关键组分是不易挥发的，称为重关键组分。

产品组分含量并⾮越纯越好，原因是，纯度越⾼，对控制系统的偏离度要求就越⾼，操作成本的提⾼和产品的价格并不成⽐例增加，因此纯度要求应与使图6.1-1 精馏塔⽰意图⽤要求适应。

2．物料平衡控制进出物料平衡，即塔顶、塔底采出量应和进料量相平衡，维持塔的正常平稳操作，以及上下⼯序的协调⼯作。

物料平衡的控制是以冷凝罐（回流罐）与塔釜液位⼀定（介于规定的上、下限之间）为⽬标的。

丙烯精馏系统控制优化方略与应用探讨

丙烯精馏系统控制优化方略与应用探讨丙烯精馏系统控制优化方略与应用探讨摘要：本文主要就丙烯生产过程中丙烯的精馏系统进行了简单的介绍和分析，探究了丙烯精馏系统控制优化的方法和应用。

关键词：丙烯精馏系统控制优化1引言神华宁夏煤业集团煤炭化学工业分公司烯烃公司丙烯车间丙烯精馏系统是该MTP装置的重要组成部分，肩负着为聚合装置提供合格原料的重要责任，MTP装置包括四台固定床反应器，其中DME是将甲醇到二甲醚的转化，MTP反应器将二甲醚转化为以丙烯为主的混合工艺气体，三台加热炉FH-60124、FH-60203、FH-60204，分别用于原料反应加热、下线MTP 反应器再生、下线精馏系统各干燥器的再生，以及一套余热回收系统，四个冷水塔，回收高温气体的热量，冷却后的工艺水温度为88℃，一部分要被输送到精馏阶段，为精馏各塔提高热量。

丙烯精馏工段包括脱乙烷塔、C3分离塔、C3循环汽提塔等，其操作稳定性受到工艺水的温度和流量的影响，因此需要控制好工艺水的温度和流量，做好相应的体征措施，避免整流系统的压力过大。

丙烯精馏通过C2、C3、C5/C6等循环过程来控制反应器的温度等操作条件来控制丙烯的收率，精馏过程中各个物流流量的变化会引起流入反应器物料的温度变化，从而引起反应器温度的变化，所以在蒸馏阶段的一定要保证循环烃温度和流量的稳定，才能进一步确保后续反应阶段的顺利。

此外，氮气加热炉FH-60204为精馏各干燥器的再生提供所需的热量，而精馏阶段的碱液泵又为极冷系统工艺水ph的平衡提供了条件，故而，丙烯精馏系统控制的优化对于整个丙烯生产过程都有着重要的意义。

2丙烯精馏系统的简单介绍和分析丙烯精馏系统主要包括丙烯精馏塔和丙烯汽提塔两个部分。

C3从脱乙烷塔塔顶中出来，以合适的流量进入丙烯蒸馏塔，丙烯产品的采出通过丙烯精馏装置中的回流罐液位与采出流量串级控制。

精馏塔塔顶的气相分成两部分，一部分通过冷凝装置进行冷凝，由设置在塔内部高处的回流装置收集冷凝液，冷凝器的内部都设计有一个排放线管可以将没有凝结的气体排放到烃压缩机段间分离罐；另一部分在精馏塔塔顶压力的作用下进入另一个冷凝器，再通过冷凝器中设有的管线旁路将气相丙烯引入到回流罐，在高压状态下，使部分气相丙烯进入回流罐，塔顶的冷凝器使不凝气冷凝，从而也将塔顶冷凝器的负荷进行部分分流。

工业生产解耦控制方法分析研究

工业生产解耦控制方法分析研究作者：李兴龙来源：《中国新技术新产品》2015年第14期摘要：本文首先综述传统的解耦方法以及解耦控制新的发展和应用，并且研究工业生产中常用的一些解耦控制系统的设计方法，最后在理论分析的基础上，利用MCGS组态软件、智能仪表和THJ-3高级过程控制系统对双输入双输出变量进行了解耦控制，即上水箱液位与出水口温度的解耦控制，并取得了较好的效果。

关键词：解耦控制；MCGS组态环境；上水箱液位；出水口水温中图分类号：TP273 文献标识码：A1 引言在现代化生产过程当中，随着对生产过程的要求越来越高，控制技术和控制方法也要相应的改进，多变量过程控制系统是一种复杂的控制系统，解耦问题是多变量过程控制系统的一个非常突出的问题，解耦控制也是一个有浓厚应用背景的课题，无论是在国内还是在国外，解耦控制系统都是一个非常热门的话题，成为自动化领域中的一个相当热门的研究方向。

2 传统解耦方式传统的解耦方式包括对角矩阵法、状态变量法、相对增益方法、对角优势法，其中对角矩阵法因为能较为方便的实现多变量解耦的设计，所以在实际中得到了广泛的应用。

尽管现在关于状态变量法的研究非常多，但其应用并不广泛。

相对增益法已经成功的用在了精馏塔的控制中，这使得它更具吸引力。

对角优势法非常复杂，需要借助图像显示和计算机进行辅助设计，但随着计算机技术的发展这已不是问题。

3 水箱液位与出水口温度的解耦控制由图1可知，系统实现完全解耦的条件为：m1GD21（s）G22（s）+m1G21（s）=0（1）m2GD12（s）G11（s）+m2G12（s）=0（2）即GD21（s）= （3）GD12（s）= （4）由图2和图3可以看出，当给出水口温度加入一个阶跃干扰后，上水箱液位曲线没有变化，还稳定在原来的状态，当温度再次达到稳定状态后，液位也还稳定与原来的状态，可以说，解耦装置让系统达到了较好的解耦效果。

通过实验可以看出上水箱液位与出水口温度解耦控制实验中，在不加入解耦装置的情况下，一个量的变化会引起另外一个量的变化；当加入解耦装置以后，系统达到稳定状态后在一个量上加入干扰，几乎不会影响另外一个量的变化。

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１９
精馏模糊解耦控制系统探究
圈彦彦
（郑州华信学院机电３－程学院，河南郑州，４５１１５０）
摘要：本文介绍了精馏塔的精馏工艺，分析了精馏塔塔顶和塔底温度控制回路的耦合关系，提出了模糊解耦控制应用的必要性针对精馏塔塔顶和塔底温度的控制特点，设计了一种双输入双输出模糊解耦控制系统，具体分析了系统中该模糊解耦控制
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎ，ａｎｄａｎａｌｙｓｅｓｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｄｉｓｔｉ１ｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｎｔｍｏｐａｎｄｂｏｔｔｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｌｏｏｐ，ｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｉｎｔｈｅｆｕｚｚｙ
ｆｅａｔｕｒｅｓｔｈｅｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｄｕａｌ —ｉｎｐｕｔｄｕａｌ — ｏｕｔｐｕｔｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒａｎｄｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌｉｎｅａｃｈ１ｉｎｋ．ＩｎｔｈｅｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｉｍｕｌｉｎｋｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｇｅｔｓｂｅｔｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ：ｉｎｔｅｌ１ｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌ：ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ：Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
因此，对精馏控制理论、仿真、实验和工程的研究，将促进过程控
制理论的发展和应用。
２模糊解耦控制应用
对精馏塔的两端质量指标控制时，精馏塔塔顶、塔底产品质量常分别采用回流量与再沸器加热蒸汽量加以控制。当改变再沸
１精馏工艺介绍
不但会影响塔底的温度，也会影响塔顶的温度；精馏是化工、石油等生产过程中应用极为广泛的传质传热过器加热蒸汽量时，
Ｏ引言
程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组
精馏过程通过精馏塔、再沸器、冷在化工生产过程中，精馏是提纯产品的主要手段，是一种常分分离并达到规定的纯度要求。
如图１所示。见的化工过程控制，广泛地应用于各类化工产品的生产过程中。凝器等设备完成，
器的结构以及模糊控制各环节的具体实现方法，应用Ｓｉｍｕｌｉｎｋ对控制系统进行仿真研究，得到了较好的控制效果。
关键词：精馏；模糊控制；解耦；Ｓｉｍｕｌｉｎｋ
Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｆｕｚｚｙｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｗｉｔｈｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎｃｏｌｕｍｎｔｏｐａｎｄｂｏｔｔｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ
图２精
图ｌ
２ｏ１３．１９
设计与研发
同样，改变回流量时，也将影响塔底温度的变化，所以塔顶和塔底误差变化作为输入变量。二维模糊控制系统如图５所示。
ＴｉａｎＹａｎｙａｎ
（ＺｈｅｎｇＺｈｏｕＨｕａＸｉｎＣｏｌｌｅｇｅ，ＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｎａｎＺｈｅｎｇｚｈｏｕ４５１１５０，Ｃｈｉｎａ）