[发明专利]一种二元蒸馏塔的抗扰控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种二元蒸馏塔的抗扰控制方法及系统，属于多变量时滞系统的自动控制领域。首先将已有的二元蒸馏塔的传递函数模型进行关于时滞的分解，得到剩余矩阵和纯时滞矩阵。求取并分析剩余矩阵逆模型的频率特性，通过补偿和近似得到简化逆模型。然后求取H_∞次优滤波器并根据期望的鲁棒性确定滤波器的可调参数。最后基于以上方法获得改进的抗扰控制系统结构。与现有技术相比，本发明的优点在于思路简单，便于控制工程师理解和应用，能更有效的实现干扰估计和抑制，能获得针对二元蒸馏塔的更好的抗扰效果。

技术领域

本发明属于多变量时滞系统的自动控制领域，具体涉及一种针对二元蒸馏塔的抗扰控制方法及系统。

背景技术

蒸馏是分离液体均相混合物最早实现工业化的典型单元操作。蒸馏的基本原理是通过加热形成汽液两相体系，利用混合物中各组分挥发度的差别达到组分分离与提纯的目的。蒸馏技术广泛的应用于炼油、化工、轻工等领域，其分离效率极大的影响着产品质量及装置能耗。在工业生产中，两组分蒸馏是多组分蒸馏的基础，用于实现两组分蒸馏的二元蒸馏塔是本发明研究的重点。实际的蒸馏塔系统中，干扰往往广泛存在，并且通常会对控制系统性能产生不利影响。例如，蒸汽压力的改变、进料温度及组分的变化均会对蒸馏塔的产品质量造成不同程度的影响。鉴于此，针对二元蒸馏塔，如何设计有效的抗扰控制方法和系统是一个值得研究的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种二元蒸馏塔的抗扰控制方法，包括以下步骤：

S1、将已有的二元蒸馏塔的传递函数模型进行关于时滞的分解，得到剩余矩阵和纯时滞矩阵；

S2、求取并分析剩余矩阵逆模型的频率特性，通过补偿和近似得到简化逆模型；

S3、设计H_∞次优滤波器，依照给定的鲁棒性要求确定滤波器的可调参数；

S4、基于以上步骤和方法获得改进的抗扰控制系统结构。

本发明针对的目标对象为二元蒸馏塔，其传递函数矩阵为：

其中，h＝1,2,l＝1,2为G_m(s)第h行第l列的元素，k_hl为比例增益，T_hl为一阶惯性时间常数，为纯滞后项，τ_hl为纯滞后时间，s为拉普拉斯算子；基于已有的二元蒸馏塔的传递函数模型，按照下式进行G_m(s)关于时滞的分解

其中，G_m0(s)为时滞提取后的剩余矩阵，G_m0,hl(s)为矩阵G_m0(s)的第h行第l列的元素，E(s)为时滞对角阵，τ₁,τ₂分别为G_m(s)第1列，第2列中的最小时滞，s为拉普拉斯算子。

S2的具体过程为：

S201、求取过程对象的稳态增益逆矩阵

S202、根据剩余矩阵G_m0(s)及步骤S201得到的稳态增益逆矩阵按下式求取在频率ω处，归一化逆模型元素的频率特性

其中，j为虚数单位，ω为频率，为逆模型频率特性矩阵，为归一化逆模型频率特性矩阵，下标m,n分别代表矩阵的第m行和第n列。