[發(fā)明專利]一種二元蒸餾塔的抗擾控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910258312.5
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109992887B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設計）人: 靳其兵;蔡鋈;杜星瀚;周星;楊文;章文
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學;北京國控天成科技有限公司;中國石化海南煉油化工有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B01D3/42
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

1.一種二元蒸餾塔的抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將已有的二元蒸餾塔的傳遞函數(shù)模型進行關于時滯的分解，得到剩余矩陣和純時滯矩陣；

S2、求取并分析剩余矩陣逆模型的頻率特性，通過補償和近似得到簡化逆模型；

S3、設計H_∞次優(yōu)濾波器，依照給定的魯棒性要求確定濾波器的可調(diào)參數(shù)；

具體包括以下步驟：二元蒸餾塔，其傳遞函數(shù)矩陣為：

其中，為G_m(s)第h行第l列的元素，k_hl為比例增益，T_hl為一階慣性時間常數(shù)，為純滯后項，τ_hl為純滯后時間，s為拉普拉斯算子；基于二元蒸餾塔的傳遞函數(shù)模型，按照下式進行G_m(s)關于時滯的分解

其中，G_m0(s)為時滯提取后的剩余矩陣，G_m0,hl(s)為矩陣G_m0(s)的第h行第l列的元素，E(s)為時滯對角陣，τ₁,τ₂分別為G_m(s)第1，第2列中的最小時滯，s為拉普拉斯算子；

S2的具體過程為：

S201、求取過程對象的穩(wěn)態(tài)增益逆矩陣

S202、根據(jù)剩余矩陣G_m0(s)及步驟S201得到的穩(wěn)態(tài)增益逆矩陣按下式求取在頻率ω處，歸一化逆模型元素的頻率特性

其中，j為虛數(shù)單位，ω為頻率，為逆模型頻率特性矩陣，為歸一化逆模型頻率特性矩陣，下標m,n分別代表矩陣的第m行和第n列；給定頻率范圍[ω₀,ω_r]，ω₀,ω_r分別為所考慮的最小、最大頻率，取ω₀＝0；在此頻率范圍內(nèi)選取若干個頻率點ω₀,ω₁,…,ω_r，分別求取這些頻率點處歸一化逆模型元素的頻率特性，最終得到的頻率特性曲線，即Nyquist曲線；

S203、對步驟S202得到的歸一化逆模型中各元素的Nyquist曲線進行分析，引入補償器并求取相應參數(shù)，補償后的歸一化逆模型元素的頻率特性由下式給出

其中，j為虛數(shù)單位，ω為頻率，γ_t為第t個補償器元素的參數(shù)，P_mn(jω)為補償后的歸一化逆模型頻率特性矩陣，為歸一化逆模型頻率特性矩陣，下標m,n分別代表矩陣的第m行和第n列；

參數(shù)γ_t的選取原則是保證補償后的歸一化逆模型的第m行所有元素的頻率特性曲線均位于穩(wěn)定區(qū)域，補償器的傳遞函數(shù)矩陣為：

S204、基于步驟S203得到的補償后的歸一化逆模型，分別求取其各個元素在頻率點ω₀,ω₁,…,ω_r處的頻率特性，并利用復曲線擬合技術(shù)得到各元素的近似模型，以此得到最終的簡化逆模型；各元素的近似模型可表示為

其中，為基于補償后歸一化逆模型的第m行第n列元素擬合得到的近似模型，A_mn,B_mn為相應的擬合參數(shù)，p_mn為步驟S201中穩(wěn)態(tài)增益逆矩陣的第m行第n列元素，s為拉普拉斯算子；根據(jù)復曲線擬合技術(shù)，擬合參數(shù)可

按下式求取

其中，ω_k為單個頻率點，r為除初始頻率點ω₀以外的其他頻率點的個數(shù)，P_mn(jω_k)為補償后歸一化逆模型的第m行第n列元素在頻率ω_k處對應的復數(shù)值，|P_mn(jω_k)|為該復數(shù)的模值，Re(P_mn(jω_k))，Im(P_mn(jω_k))分別為該復數(shù)的實部和虛部值，a_mn,b_mn,c_mn,d_mn為中間變量；

S3的具體過程為：

S301、基于步驟S1的時滯分解和步驟S2的簡化逆模型，在改進的干擾觀測器(DOB)框架下，求取干擾估計的誤差如下式

其中，e_v(s)為第v個回路的干擾估計誤差，d_v(s)為第v個回路的干擾信號，γ_t為步驟S203中得到的第t個補償器元素的參數(shù)，τ_l為步驟S1中求得的G_m(s)第l列中的最小時滯，Q_t(s)為待求取的對角濾波器Q(s)的第t個元素，s為拉普拉斯算子；

最小化干擾估計誤差的H_∞范數(shù)，得到可實現(xiàn)的H_∞次優(yōu)濾波器元素，如下式

其中，Q_t(s)為H_∞次優(yōu)濾波器的第t個元素，γ_t為步驟S203得到的第t個補償器元素的參數(shù)，τ_l為步驟S1中求得的G_m(s)第l列中的最小時滯，λ_t為濾波器元素Q_t(s)的可調(diào)參數(shù)，s為拉普拉斯算子；

S302、給定魯棒性指標Ms的值，濾波器參數(shù)λ₁,λ₂按下式求取

其中，τ_l為步驟S1中求得的G_m(s)第l列中的最小時滯；由此，可得到最終的H_∞次優(yōu)濾波器為：

2.一種二元蒸餾塔的抗擾控制系統(tǒng)，其特征在于，應用于權(quán)利要求1所述的二元蒸餾塔的抗擾控制方法。