[发明专利]一种二元精馏塔集中式控制方法

摘要

本发明公开一种二元精馏塔集中式控制方法及系统。通过辨识各个被控变量与控制变量之间的通道传递函数，建立二元精馏塔的模型。对获得的二元精馏塔模型求取并分析其逆模型的频域特性以确定集中式PID控制器中的滤波器参数，再根据期望的动态性能和鲁棒性确定PID控制器的调节参数。利用计算出的集中式PID控制器调节控制信号，使得二元精馏塔塔顶与塔底轻组分与重组分的纯度达到要求。本方法思路简单，易于实现，可对存在耦合作用的二元精馏塔实施有效的控制。

主权项

1.一种二元精馏塔集中式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、测量二元精馏塔的各个输入和各个输出的数值，并将测量得到的值变送为电信号；/nS2、将S1步骤得到的电信号存储起来，经过存储时间t后，将电信号传送至系统辨识模块；/nS3、采用最小二乘辨识算法辨识各个控制通道的传递函数，建立二元精馏塔的传递函数矩阵模型；/nS4、根据S3步骤得到的传递函数模型，计算得到归一化逆模型的频率特性，然后通过分析逆模型频率特性设计滤波器，/n所述归一化逆模型的频率特性按下式求出/n /n其中，j为虚数单位，ω为频率，K为过程的稳态增益逆矩阵，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i和k分别代表矩阵的第i行和第k列的元素；/n所述S4的具体过程为：/nS401、求取过程的稳态增益逆矩阵K，/nS402、根据过程传递函数矩阵分别求出与输出1对应的所有通道中的最小时滞τ₁和与输出2对应的所有通道中的最小时滞τ_2.，/nS403、将与输出1对应的所有通道的时滞部分减小τ₁，与输出2对应的所有通道的时滞部分减小τ₂后，得到用于设计滤波器的模型G₀，/nS404、选定最大频率ω_max,在频率范围[0,ω_max]上画出归一化的逆模型的每一个元素的频率特性曲线，即Nyquist图，最大频率ω_max要满足归一化逆模型的所有元素的频率特性曲线都在复平面的右半平面，归一化的逆模型元素的频率特性按下式求出/n /n其中，j为虚数单位，ω为频率，K为过程的稳态增益逆矩阵，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i和k分别代表矩阵的第i行和第k列的元素，/nS405、对归一化逆模型的元素的频率特性曲线进行逐列分析以确定控制器参数γ_k的值，下标k表示参数γ_k对应归一化逆模型的第k列元素，参数γ_k的选择标准是选择一个较小值，使得经过补偿后的归一化逆模型的第k列所有元素的频率特性曲线都在稳定区域，归一化逆模型的第k列元素按照下式补偿/n /n其中，j为虚数单位，ω为频率，γ_k为对应的控制器参数，为归一化逆模型频率特性矩阵，为补偿后的归一化逆模型频率特性矩阵，下标i和k分别代表矩阵的第i行和第k列的元素，/nS406、利用得到的补偿后的归一化逆模型，在其每个元素的频率特性曲线上取N个点，这些点所对应的频率分别为ω₁，ω₂，…ω_N，其中，ω₁＝0，再利用复曲线拟合的方法得到对应的滤波器的传递函数/n /n其中，Q_ik(s)为由补偿后的归一化逆模型的第i行第k列元素拟合获得的滤波器，A_ik和B_ik为滤波器对应的参数值，K_ik为过程的稳态增益逆矩阵的第i行第k列元素，s为拉普拉斯算子，参数按照如下的复曲线拟合方法求取：/n /n /n其中，Q_ik(jω_m)为第i行第k列元素，频率特性曲线上在频率取ω_m时对应的复数，|Q_ik(jω_m)|是求取该复数的模值，Re(Q_ik(jω_m))是求取该复数的实部，Im(Q_ik(jω_m))是求取该复数的虚部，N为选取的频率点的个数，a，b，c，d为中间变量，/nS5、根据S3步骤得到的传递函数模型和S4步骤得到的滤波器，依照给定的鲁棒性和动态性能要求，计算出PID控制器参数，并确定最终的集中式PID控制器；/nS6、利用由S5步骤得到的集中式PID控制器调节输入。/n