[發(fā)明專利]一種內部熱耦合精餾塔的非線性控制系統(tǒng)及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010213621.X
• 申請日: 2010-06-30
• 公開（公告）號: CN101881961A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設計）人: 劉興高;周葉翔
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

1.一種內部熱耦合精餾塔的非線性控制系統(tǒng)，包括與內部熱耦合精餾塔直接連接的現(xiàn)場智能儀表和DCS系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)包括存儲裝置、控制站和上位機，所述現(xiàn)場智能儀表與存儲裝置、控制站和上位機相連，其特征在于：所述的上位機包括用以計算輸出內部熱耦合精餾塔控制變量值的非線性控制器，所述非線性控制器包括：

組分推斷模塊，用以從現(xiàn)場智能儀表獲取溫度，壓強數(shù)據(jù)，計算內部熱耦合精餾塔各塊塔板的組分濃度，并將組分濃度計算結果存儲在歷史數(shù)據(jù)庫當中，采用式(1)(2)得到：

Xi(k)=Pr(k)×α×10Ti(k)+cb-a-1α-1,i=1,2,······,f-1---(1)]]>

Xi(k)=Ps×α×10Ti(k)+cb-a-1α-1,i=f,f+1,······,n---(2)]]>

其中，k為當前采樣時刻，下腳標i為塔板編號，1為塔頂編號，f為進料板編號，n為塔底編號，X_i(k)為k采樣時刻第i塊板塔的液相輕組分濃度，P_r(k)為k采樣時刻精餾段壓強、P_s提餾段壓強，T_i(k)為k采樣時刻第i塊塔板的溫度，α為相對揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)；

參考軌跡計算模塊，用以實現(xiàn)拐點位置設定值的在線更新，采用式(3)(4)得到：

Sr*=1+1krln(Xmax,r-Y1*/[α-(α-1)Y1*]Y1*/[α-(α-1)Y1*]-Xmin,r),i=1,2,······,f-1---(3)]]>

Ss*=n+1ksln(Xmax,s-Xn*Xn*-Xmin,s),i=f,f+1,······,n---(4)]]>

其中，X_min，r、X_max，r、k_r、X_min，s、X_max，s、k_s為模型參數(shù)，Y₁^*、X_n^*分別為塔頂?shù)钠噍p組分濃度、塔底的液相輕組分濃度設定值，S_r^*、S_s^*分別為內部熱耦合精餾塔精餾段、提餾段拐點位置參考軌跡；

非線性控制律求解模塊，用以根據(jù)當前組分濃度數(shù)據(jù)，參考軌跡和當前時刻操作變量值求取當前的控制變量的理想改變值，采用式(5)-(12)得到：

Yi(k)=αXi(k)(α-1)Xi(k)+1,i=1,2,······,n---(5)]]>

Qi(k)=UA×b(1a-ln{(Pr(k)+ΔPr(k)×t)/[Xi(k)+(1-Xi(k))/α]}-1a-ln{pS/[Xi+f-1(k)+(1-Xi+f-1(k))/α]}),i=1,2,······,f-1---(6)]]>

V₁(k)＝F(1-q(k)-Δq(k)×t)?????????????????????????(7)

L_n(k)＝F(q(k)+Δq(k)×t)???????????????????????????(8)

Lf-1(k)=Σi=1f-1Qi(k)λ---(9)]]>

V_f(k)＝V₁(k)+L_f-1(k)????????????????????????????????(10)

-V1(k)Y1(k)+Vf(k)Yf(k)-Lf-1(k)Xf-1(k)HΣi=1f-1kr(Xmin,r-Xi(k))(Xi(k)-Xmax,r)Xmax,r-Xmin,r---(11)]]>

=K1(Sr*-Sr(k))+K2Σi=1k(Sr*-Sr(i))t]]>

-Vf(k)Yf(k)+Lf-1(k)Xf-1(k)+FZf-Ln(k)Xn(k)HΣi=fnks(Xmin,s-Xi(k))(Xi(k)-Xmax,s)Xmax,s-Xmin,s---(12)]]>

=K3(Ss*-Ss(k))+K4Σi=1k(Ss*-Ss(i))t]]>

其中，k為當前采樣時刻，t為采樣周期，X_i(k)、Y_i(k)分別為k采樣時刻第i塊塔板的液相輕組分濃度和汽相輕組分濃度，Q_i(k)為第i塊塔板之間的熱耦合量，UA為傳熱速率，X_f-1(k)、X_i+f-1(k)、X_n(k)分別為k采樣時刻第f-1塊塔板、第i+f-1塊塔板和塔底的液相輕組分濃度，q(k)為k采樣時刻進料熱狀況，P_r(k)為當k采樣時刻精餾段壓強，F(xiàn)為進料流率，Z_f為進料組分濃度，V₁(k)、V_f(k)、V_n(k)分別為k采樣時刻塔頂、進料板和塔底的汽相流率，L₁(k)、L_n-1(k)、L_n(k)分別為k采樣時刻塔頂、第n-1塊板塔和塔底的液相流率，H為持液量，λ為汽化潛熱，X₁(k)、X_n(k)分別為k采樣時刻塔頂和塔底的液相輕組分濃度，Y₁(k)、Y_f(k)、Y_n(k)分別為k采樣時刻塔頂、進料板和塔底的汽相輕組分濃度，K₁，K₂，K₃，K₄為控制律參數(shù)，S_r^*、S_s^*分別為精餾段提餾段拐點參考軌跡，S_r(k)、S_r(i)分別為k和i采樣時刻內部熱耦合精餾塔精餾段液相組分濃度分布的位置，S_s(k)、S_s(i)分別為k和i采樣時刻內部熱耦合精餾塔提餾段液相組分濃度分布的位置，Δq(k)、ΔP_r(k)分別為當前時刻內部熱耦合精餾塔控制變量即進料熱狀況和精餾段壓強的當前理想改變值。