[發(fā)明專利]預(yù)測(cè)函數(shù)控制優(yōu)化的油氣水三相分離器油水液面控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410029379.9
• 申請(qǐng)日: 2014-01-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103760927A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛安克;李海生;張日東;張樂(lè);魯仁全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D9/12
• 分類號(hào): G05D9/12;G05B13/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于預(yù)測(cè)函數(shù)控制(PFC)優(yōu)化的油氣水三相分離器油水界面液位的比例積分-比例微分(PI-PD)控制方法。?

背景技術(shù)

油氣水臥式三相分離器是廢塑料煉油的一種常用裝置，從各站采集的原油經(jīng)加熱后，經(jīng)過(guò)油氣水臥式三相分離器處理，可實(shí)現(xiàn)石油、天然氣和水的分離，從而達(dá)到煉油和收集天然氣的目的。若是油氣水臥式三相分離器內(nèi)的油水界面液位太低，可能導(dǎo)致分離得到的石油經(jīng)過(guò)排水管排出沉降室，造成石油的泄露。若是油水界面液位太高，會(huì)導(dǎo)致分離出的水流進(jìn)油室。對(duì)于油氣水臥式三相分離器內(nèi)油水界面液位對(duì)象的控制,如果先在內(nèi)環(huán)加上PD控制,抑制其超調(diào),再在外環(huán)采用PI控制,將會(huì)得到更好的控制性能。預(yù)測(cè)函數(shù)控制算法作為先進(jìn)控制算法的一種,計(jì)算量小,同時(shí)控制性能良好,如果能將預(yù)測(cè)函數(shù)控制和PI-PD技術(shù)結(jié)合,將能進(jìn)一步提高煉油和收集天然氣的效率。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有PID控制的不足之處，提供一種基于預(yù)測(cè)函數(shù)控制優(yōu)化的油氣水臥式三相分離器內(nèi)油水界面液位對(duì)象的PI-PD控制方法，用來(lái)抑制油水界面液位的超調(diào)，以便獲得更好的實(shí)際控制性能。該方法通過(guò)結(jié)合預(yù)測(cè)函數(shù)控制和PI-PD控制，得到了一種帶有預(yù)測(cè)函數(shù)控制性能的PI-PD控制方法。該方法不僅繼承了預(yù)測(cè)函數(shù)控制的優(yōu)良性能，同時(shí)形式簡(jiǎn)單并能滿足實(shí)際工業(yè)過(guò)程的需要。?

本發(fā)明方法首先基于油氣水臥式三相分離器內(nèi)的油水界面液位對(duì)象的階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)建立油水界面液位對(duì)象的模型，挖掘出基本的對(duì)象特性；然后依據(jù)預(yù)測(cè)函數(shù)控制的特性去整定相應(yīng)PI-PD控制器的參數(shù)；最后對(duì)油水界面液位對(duì)象實(shí)施PI-PD控制。?

本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)數(shù)據(jù)采集、建立模型、預(yù)測(cè)機(jī)理、優(yōu)化等手段，確立了一種基于預(yù)測(cè)函數(shù)控制優(yōu)化的PI-PD控制方法，利用該方法可有效抑制超調(diào)并提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。?

本發(fā)明方法的步驟包括：?

步驟(1).通過(guò)過(guò)程對(duì)象的實(shí)時(shí)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)建立被控對(duì)象的模型，具體方法是：?

a.將過(guò)程對(duì)象的比例積分-比例微分控制器停留在手動(dòng)操作狀態(tài)，操作撥盤(pán)使其輸出有一個(gè)階躍變化，在記錄儀表上得到實(shí)際過(guò)程的輸出值，將實(shí)際過(guò)程輸出值y_p(k)的響應(yīng)曲線轉(zhuǎn)換成無(wú)量綱形式y(tǒng)_p^*(k)，具體是：?

y_p^*(k)＝y(tǒng)_p(k)/y_p(∞)?

其中，y_p(∞)是比例積分-比例微分控制器的輸出有階躍變化時(shí)的實(shí)際過(guò)程輸出y_p(k)的穩(wěn)態(tài)值。?

b.選取滿足y_p^*(k₁)＝0.39和y_p^*(k₂)＝0.63的兩個(gè)計(jì)算點(diǎn)k₁和k₂，依據(jù)下式計(jì)算過(guò)程對(duì)象的模型參數(shù)K_m、T和τ：?

K_m＝y(tǒng)_p(∞)/q?

T＝2(k₁-k₂)?

τ＝2k₁-k₂

最后得到的過(guò)程對(duì)象的傳遞函數(shù)為：?

G(s)=KmTs+1e-τS]]>

其中，G(s)為過(guò)程對(duì)象的傳遞函數(shù)，s為拉普拉斯變換算子，q為過(guò)程的比例積分微分控制器輸出的階躍變化幅度，K_m為模型的增益系數(shù)，T為模型的時(shí)間常數(shù)，τ為模型的滯后時(shí)間參數(shù)。?

步驟(2).設(shè)計(jì)過(guò)程對(duì)象的PI-PD控制器，具體方法是：?

a.將步驟（1）b中的傳遞函數(shù)進(jìn)行離散化，采樣時(shí)間為T(mén)_s，得到離散模型為?