精馏塔模糊解耦控制的研究

论文摘要

随着石油化工的迅速发展,精馏操作应用越来越广泛。精馏塔是石化工业中一种常见的分离设备,主要用于多组分混合物料的分离过程。精馏塔是一个高耗能的生产装备,而且是石化生产过程控制的重要控制对象,一直受到控制领域的密切关注。精馏塔参数之间的耦合作用是影响精馏生产过程和产品质量的主要因素之一。精馏过程属于多变量、时变、强耦合和具有分布参数的非线性过程,其精确的数学模型难以建立,传统的控制方法对于精馏塔解耦控制难以取得满意的控制效果。本文以双组份精馏塔为研究对象,针对塔顶和塔底的产品均需达到一定纯度的要求,在分析精馏塔工作特性和塔顶和塔底的温度耦合特征的基础上,提出了一种塔顶和塔底温度模糊解耦控制方案。塔顶和塔底温度解耦控制采用前馈补偿解耦法,通过对解耦环节的分析,设计模糊前馈控制器及相应的模糊控制规则,对模糊控制进行清晰化处理后,实现模糊解耦控制。最后通过对塔顶和塔底温度的常规控制、常规解耦控制、模糊解耦控制进行了设定值扰动测试、过程扰动测试仿真研究。比较模糊解耦控制与常规控制(不解偶)、常规解耦控制的仿真结果,验证了塔顶和塔底温度模糊解耦控制的可行性,表明模糊解耦优于常规控制和常规解耦控制。设计的模糊解耦控制器显示出具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究动态及发展趋势
• 1.2.1 国内发展现状
• 1.2.2 国外发展现状
• 1.3 论文研究所完成的主要工作
• 1.4 本章小结
• 2 精馏塔控制系统
• 2.1 概述
• 2.1.1 精馏塔的控制要求
• 2.1.2 精馏塔的扰动因素
• 2.1.3 精馏塔被控变量的选择
• 2.2 精馏塔控制方案
• 2.2.1 提馏段参数控制
• 2.2.2 精馏段参数控制
• 2.2.3 塔顶与塔底两端产品质量控制
• 2.2.4 按产品成分或物性的精馏塔直接控制
• 2.3 精馏塔的解耦控制
• 2.3.1 精馏塔温度控制系统的耦合现象
• 2.3.2 两端产品质量解耦控制
• 2.4 本章小结
• 3 模糊解耦控制理论
• 3.1 模糊控制概述
• 3.2 模糊控制系统的组成
• 3.3 模糊控制系统的基本原理
• 3.3.1 精确输入量的模糊化
• 3.3.2 模糊规则推理
• 3.3.3 精确输出量的解模糊化
• 3.3.4 知识库
• 3.3.5 模糊控制器的分类
• 3.4 模糊控制器的设计
• 3.5 解耦控制概述
• 3.6 解耦控制的设计
• 3.6.1 前馈补偿解耦设计
• 3.6.2 对角矩阵解耦设计
• 3.6.3 单位矩阵解耦设计
• 3.7 本章小结
• 4 精馏塔模糊解耦控制系统的设计
• 4.1 概述
• 4.2 模糊控制环节的设计
• 4.2.1 输入输出变量的模糊化
• 4.2.2 模糊控制规则的设计
• 4.2.3 模糊推理
• 4.3 解耦环节的设计
• 4.4 本章小结
• 5 精馏塔模糊解耦控制系统仿真
• 5.1 模糊控制器的仿真设计
• 5.1.1 模糊语言变量设计
• 5.1.2 模糊规则设计
• 5.2 模糊解耦控制建模与Simulink 仿真
• 5.2.1 精馏塔温度常规控制仿真
• 5.2.2 常规解耦精馏塔温度控制仿真
• 5.2.3 模糊解耦精馏塔温度控制仿真
• 5.2.4 仿真结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录