[發明專利]一種二元蒸餾塔的抗擾控制方法及系統

有效

• 申請號: 201910258312.5
• 申請日: 2019-04-01
• 公開（公告）號: CN109992887B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 靳其兵;蔡鋈;杜星瀚;周星;楊文;章文
• 申請（專利權）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權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

本發明公開了一種二元蒸餾塔的抗擾控制方法及系統，屬于多變量時滯系統的自動控制領域。首先將已有的二元蒸餾塔的傳遞函數模型進行關于時滯的分解，得到剩余矩陣和純時滯矩陣。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。然后求取H_∞次優濾波器并根據期望的魯棒性確定濾波器的可調參數。最后基于以上方法獲得改進的抗擾控制系統結構。與現有技術相比，本發明的優點在于思路簡單，便于控制工程師理解和應用，能更有效的實現干擾估計和抑制，能獲得針對二元蒸餾塔的更好的抗擾效果。

技術領域

本發明屬于多變量時滯系統的自動控制領域，具體涉及一種針對二元蒸餾塔的抗擾控制方法及系統。

背景技術

蒸餾是分離液體均相混合物最早實現工業化的典型單元操作。蒸餾的基本原理是通過加熱形成汽液兩相體系，利用混合物中各組分揮發度的差別達到組分分離與提純的目的。蒸餾技術廣泛的應用于煉油、化工、輕工等領域，其分離效率極大的影響著產品質量及裝置能耗。在工業生產中，兩組分蒸餾是多組分蒸餾的基礎，用于實現兩組分蒸餾的二元蒸餾塔是本發明研究的重點。實際的蒸餾塔系統中，干擾往往廣泛存在，并且通常會對控制系統性能產生不利影響。例如，蒸汽壓力的改變、進料溫度及組分的變化均會對蒸餾塔的產品質量造成不同程度的影響。鑒于此，針對二元蒸餾塔，如何設計有效的抗擾控制方法和系統是一個值得研究的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種二元蒸餾塔的抗擾控制方法，包括以下步驟：

S1、將已有的二元蒸餾塔的傳遞函數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_∞次優濾波器，依照給定的魯棒性要求確定濾波器的可調參數；

S4、基于以上步驟和方法獲得改進的抗擾控制系統結構。

本發明針對的目標對象為二元蒸餾塔，其傳遞函數矩陣為：

其中，h＝1,2,l＝1,2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，為純滯后項，τ_hl為純滯后時間，s為拉普拉斯算子；基于已有的二元蒸餾塔的傳遞函數模型，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列，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、求取過程對象的穩態增益逆矩陣

S202、根據剩余矩陣G_m0(s)及步驟S201得到的穩態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。