[發(fā)明專利]一種內(nèi)部熱耦合精餾塔的高純自適應(yīng)非線性控制系統(tǒng)及方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010213751.3
• 申請(qǐng)日: 2010-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN101881964A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉興高;周葉翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): G05B19/418
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

1.一種內(nèi)部熱耦合精餾塔的高純自適應(yīng)非線性控制系統(tǒng)，包括與內(nèi)部熱耦合精餾塔直接連接的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和DCS系統(tǒng)，所述DCS系統(tǒng)包括存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)，所述現(xiàn)場(chǎng)智能儀表與存儲(chǔ)裝置、控制站和上位機(jī)相連；其特征在于：所述的上位機(jī)包括用以計(jì)算輸出內(nèi)部熱耦合精餾塔控制變量值的高純自適應(yīng)非線性控制器，所述高純自適應(yīng)非線性控制器包括：

組分推斷模塊，用以從現(xiàn)場(chǎng)智能儀表獲取溫度，壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算內(nèi)部熱耦合精餾塔各塊塔板的組分濃度，并將組分濃度計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在歷史數(shù)據(jù)庫當(dāng)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(dāng)前采樣時(shí)刻，下腳標(biāo)i為塔板編號(hào)，1為塔頂編號(hào)，f為進(jìn)料板編號(hào)，n為塔底編號(hào)，X_i(k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板的液相輕組分濃度，P_r(k)為k采樣時(shí)刻精餾段壓強(qiáng)、P_s提餾段壓強(qiáng)，T_i(k)為k采樣時(shí)刻第i塊塔板的溫度，α為相對(duì)揮發(fā)度，a、b、c為安東尼常數(shù)；

模型參數(shù)自適應(yīng)校正模塊，用以實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的在線更新，在線擬合模型函數(shù)如下：

X^i=Xmin,r+Xmax,r-Xmin,r1+e-kr(i-Sr),i=1,2,......,f-1---(3)]]>

X^i=Xmin,s+Xmax,s-Xmin,s1+e-ks(i-Ss),i=f,f+1,......,n---(4)]]>

其中，為第i塊塔板處液相組分濃度預(yù)估濃度，X_min，r、X_max，r、k_r、X_min，s、X_max，s、k_s為擬合參數(shù)，S_r、S_s分別為內(nèi)部熱耦合精餾塔精餾段，提餾段液相組分濃度分布的位置；

自適應(yīng)高純控制律求解模塊，用以根據(jù)當(dāng)前組分濃度數(shù)據(jù)，參考軌跡和當(dāng)前時(shí)刻操作變量值求取當(dāng)前的控制變量的理想改變值，采用式(5)-(14)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]}]]>i＝1，2，……，f-1???????(6)

-1a-ln{ps/[Xi+f-1(k)+(1-Xi+f-1(k))/α]})]]>

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)

Sr*=1+1krln(Xmax,r-Y1*/[α-(α-1)Y1*]Y1*/[α-(α-1)Y1*]-Xmin,r)---(11)]]>

Ss*=n+1ksln(Xmax,s-Xn*Xn*-Xmin,s)---(12)]]>

V2(k)Y2(k)-L1(k)X1(k)-V1(k)Y1(k)H(X1(k)-X2(k))]]>(13)

=K1(Sr*-Sr(k))+K2Σi=1k(Sr*-Sr(i))t]]>

-Vn(k)Yn(k)-Ln(k)Xn(k)+Ln-1(k)Xn-1(k)H(Xn-1(k)-Xn(k))]]>(14)

=K3(Ss*-Ss(k))+K4Σi=1k(Ss*-Ss(i))t]]>

其中，k為當(dāng)前采樣時(shí)刻，t為采樣周期，X_i(k)、Y_i(k)分別為k采樣時(shí)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_i+f-1(k)為k采樣時(shí)刻第i+f-1塊塔板液相輕組分濃度，q(k)為k采樣時(shí)刻進(jìn)料熱狀況，P_r(k)為當(dāng)k采樣時(shí)刻精餾段壓強(qiáng)，F(xiàn)為進(jìn)料流率，Z_f為進(jìn)料組分濃度，V₁(k)、V₂(k)、V_n(k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂、第2塊塔板和塔底的汽相流率，L₁(k)、L_f-1(k)、L_n-1(k)、L_n(k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂、第f-1塊塔板、第n-1塊塔板和塔底的液相流率，H為持液量，λ為汽化潛熱，Y^*、X^*分別為Y、X的設(shè)定值，X₁(k)、X_n-1(k)、X_n(k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂、第n-1塊塔板和塔底的液相輕組分濃度，Y₁(k)、Y₂(k)、Y_n(k)分別為k采樣時(shí)刻塔頂、第2塊塔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(diǎn)參考軌跡，S_r(k)、S_r(i)分別為k和i采樣時(shí)刻內(nèi)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(shí)刻內(nèi)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(dāng)前時(shí)刻內(nèi)部熱耦合精餾塔控制變量即進(jìn)料熱狀況和精餾段壓強(qiáng)的當(dāng)前理想改變值。