酒精精馏塔的解耦控制

论文摘要

以含水酒精为燃料的新型能源得到国家的大力支持,并以此作为石油能源的替代物已成为各国的研究热点。燃料酒精生产过程中的一个最重要环节就是酒精的高纯度精馏,然而酒精精馏塔是典型的非线性、多变量、强耦合及时变系统,长期以来,精馏塔系统的自动控制一直是一项技术难题,以往的控制系统大多数采用相互独立的PID控制回路,无法消除回路间的耦合,故难以得到理想的控制效果,而长期手动控制容易引起温度突然升高后难以降到理想温度,造成系统长时无法达到稳定状态等。因此,研究如何实现精馏塔系统的自动控制,使系统安全经济运行,具有重要的理论意义和现实意义。论文首先简单介绍了精馏技术的发展,然后着重分析了酒精精馏塔的耦合性及选择解耦控制中控制变量的合理性。本文充分考虑了酒精精馏塔间的耦合关系,针对塔顶温度和塔底温度的控制,设计了一种模糊解耦控制系统:以塔顶温度和塔底温度的给定值为中心,划分正偏差区域和负偏差区域,根据被控偏差属于不同区域来控制回流量和再沸器加热蒸汽量,被控量的输出信号直接送回模糊控制回路中。针对设计的模糊解耦控制系统进行仿真,得到了较好的控制效果。论文的另一方面工作是利用实验室筛板式酒精精馏塔设备实现模糊解耦算法在实验设备上的应用。以组态王为服务器、MATLAB为客户端,采用DDE通信的方式,将编译的M文件转换成脱离MATLAB软件运行的可执行程序,并将该程序用在组态王中调用,同时改变原有PLC中对PID控制模块的调用形式,在组态王中设计了模糊解耦控制与PID控制相互切换的控制方式,在实验设备上实现了模糊解耦控制算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 酒精精馏塔的概述
• 1.2.1 酒精精馏塔控制的研究现状
• 1.2.2 酒精精馏塔的耦合性分析及解耦控制的研究现状
• 1.3 解耦控制在实际工业中的应用
• 1.3.1 解耦控制方法在工业中的应用
• 1.3.2 模糊解耦控制方法在工业中的应用
• 1.4 现存方法存在的问题
• 1.5 论文的主要研究内容
• 第二章 酒精精馏塔耦合系统描述
• 2.1 被控系统描述
• 2.1.1 酒精精馏塔介绍
• 2.1.2 被控系统描述
• 2.2 精馏塔具有的耦合变量配对及分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 酒精精馏塔模糊解耦控制原理与设计
• 3.1 采用模糊控制算法的优势
• 3.2 模糊控制的工作原理
• 3.2.1 模糊控制系统组成
• 3.2.2 模糊控制的基本原理
• 3.3 模糊控制器的设计
• 3.3.1 模糊控制器的结构设计
• 3.3.2 模糊控制规则的设计
• 3.4 模糊控制算法流程图及仿真
• 3.4.1 模糊控制算法流程图
• 3.4.2 模糊解耦控制系统仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 控制系统实现过程及结果分析
• 4.1 酒精精馏塔实验设备简介
• 4.1.1 酒精精馏塔实验设备相关硬件
• 4.1.2 酒精精馏塔实验装置相关软件
• 4.2 组态王与MATLAB的DDE通信设计
• 4.2.1 设计组态王做服务器
• 4.2.2 设计MATLAB做客户端
• 4.2.3 PLC中的程序模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 附录1:部分运行时采集的数据
• 附录2:PLC变量表
• 附录3:酒精精馏塔模糊解耦控制算法程序
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果