專利名稱：高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精餾技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
精餾過(guò)程是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)分離和提純最重要的單元操作之一，也是工業(yè)過(guò)程應(yīng)用最為廣泛的單元操作之一。隨著科技的日新月異，人們對(duì)化學(xué)產(chǎn)品純度也提出了越來(lái)越高的要求，于是高純精餾技術(shù)越來(lái)越得到人們的重視，但在我國(guó)這個(gè)領(lǐng)域卻剛剛起步，和世界先進(jìn)水平相比還有不小的差距，這在一定程度上制約了我國(guó)精細(xì)化工技術(shù)的發(fā)展。
統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明國(guó)內(nèi)農(nóng)藥企業(yè)的農(nóng)藥銷(xiāo)售總額僅相當(dāng)于一個(gè)中型跨國(guó)公司的年度銷(xiāo)售額。其中差距的原因不在于產(chǎn)量上，而是在產(chǎn)品的質(zhì)量上，其中純度是最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一。同樣的情況也發(fā)生在香水工業(yè)中，我國(guó)是全球最大的香水原材料生產(chǎn)國(guó)，占世界原材料總量的近一半，但是，由于我國(guó)在高純精餾控制技術(shù)等方面的困難，至今尚無(wú)自己的知名香水品牌，成為一個(gè)香水原材料的資源銷(xiāo)售國(guó)，資源上、經(jīng)濟(jì)上的損失是不言而喻的。我國(guó)“十一五”綱要規(guī)劃中指出立足節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境推動(dòng)發(fā)展，把促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式根本轉(zhuǎn)變作為著力點(diǎn)，促使經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)由主要依靠增加資源投入帶動(dòng)向主要依靠提高資源利用效率帶動(dòng)轉(zhuǎn)變。高純精餾技術(shù)正迎合了國(guó)家對(duì)資源利用效率的要求。
高純精餾過(guò)程由于其所表現(xiàn)出來(lái)的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)特性、強(qiáng)烈的非線性、和回路之間的耦合性，傳統(tǒng)的如PID等線性控制方案很難得到較好的控制效果，甚至控制失敗。這些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和DCS在石油化工生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的逐步普及，為應(yīng)用先進(jìn)控制方案改進(jìn)精餾塔的控制手段奠定了基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外工藝、自控專家對(duì)此做了大量的研究工作，提出了許多先進(jìn)控制理論，也取得了一些令人鼓舞的進(jìn)展。但是鑒于儀表控制系統(tǒng)硬件的限制和高純精餾過(guò)程非線性隨純度每0.1％甚至每0.01％純度的提高而顯著增強(qiáng)以及系統(tǒng)強(qiáng)耦合等特有的復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性，導(dǎo)致諸多先進(jìn)控制方案很難在高純精餾過(guò)程中有效實(shí)施，成為精餾生產(chǎn)產(chǎn)品高純控制中的一個(gè)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)和方法，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)高純精餾過(guò)程的平穩(wěn)操作和對(duì)雙端組分的高純控制。和常規(guī)的精餾控制系統(tǒng)不同，本發(fā)明采用動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)這一預(yù)測(cè)控制算法，它具有對(duì)模型要求低、在線計(jì)算方便、控制綜合效果好的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化、反饋校正三個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)高純精餾過(guò)程獲得較好的控制效果，并且本發(fā)明以工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的DCS和計(jì)算機(jī)上位機(jī)作為操作控制軟硬件平臺(tái)，使得本發(fā)明技術(shù)易于實(shí)施。
為了實(shí)現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)，它包括精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)、上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線；所述精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)和上位機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線依次相連，實(shí)現(xiàn)信息流的上傳和下達(dá)。
進(jìn)一步地，所述上位機(jī)包括推斷控制器、動(dòng)態(tài)矩陣控制器和人機(jī)界面。
一種高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制方法，包括以下步驟1)進(jìn)行階躍響應(yīng)得到動(dòng)態(tài)矩陣控制器的預(yù)測(cè)模型參數(shù)；2)進(jìn)行動(dòng)態(tài)矩陣控制器的預(yù)測(cè)模型、反饋校正、動(dòng)態(tài)優(yōu)化三個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)；3)根據(jù)所述步驟(2)的結(jié)果，選擇控制器參數(shù)，完成控制算法的設(shè)計(jì)；4)系統(tǒng)開(kāi)始投運(yùn)；5)智能檢測(cè)儀表將檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)傳輸?shù)紻CS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；6)每個(gè)定時(shí)周期，上位機(jī)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到前一時(shí)刻的塔頂塔底的溫度、壓強(qiáng)和靈敏板溫度等數(shù)據(jù)；7)上位機(jī)的推斷控制器根據(jù)所得到的塔頂?shù)诇囟取簭?qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出前一時(shí)刻的塔頂塔底產(chǎn)品組分的推斷預(yù)測(cè)值，并傳給動(dòng)態(tài)矩陣控制器模塊，作為動(dòng)態(tài)矩陣控制器的輸入；8)上位機(jī)的動(dòng)態(tài)矩陣控制器計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的控制變量回流比和再沸比的控制值，并返回給DCS系統(tǒng)；9)DCS系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的精餾過(guò)程的雙端產(chǎn)品高純控制。
本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)以精餾過(guò)程塔頂產(chǎn)品輕組分純度XD和塔底產(chǎn)品輕組分純度Xn為被控變量，以回流比和再沸比為控制變量。
現(xiàn)在隨著分析儀表的發(fā)展，特別是工業(yè)色譜儀的在線應(yīng)用，已逐漸出現(xiàn)直接按產(chǎn)品純度來(lái)控制的方案。然而，這種方案除了投資大運(yùn)行成本高以外，目前還主要受到兩方面的制約一是測(cè)量過(guò)程滯后很大，反應(yīng)緩慢，二是工業(yè)色譜儀長(zhǎng)期在線運(yùn)行的可靠性較差，難以保障控制過(guò)程的長(zhǎng)周期運(yùn)行。所以，本發(fā)明引入了基于機(jī)理推導(dǎo)的組分推斷控制，通過(guò)對(duì)精餾塔頂?shù)诇囟取簭?qiáng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，通過(guò)機(jī)理函數(shù)關(guān)系式，來(lái)精確推斷產(chǎn)品組分，進(jìn)行高精度長(zhǎng)周期實(shí)時(shí)控制，可有效克服產(chǎn)品組成直接控制的諸多弊端。
所述的產(chǎn)品組分的推斷控制的推斷算法如下，以塔頂溫度和塔頂產(chǎn)品輕組分分率的關(guān)系為例根據(jù)拉烏爾定律和道爾頓分壓定律 其中P1為塔頂氣相總壓，y1為塔頂輕組分的氣相分率，x1為塔頂輕組分的液相分率。Pb1°為塔頂輕組分的飽和蒸汽壓。
根據(jù)安托因(Antoine)方程T1＝[b/(a-lgPb1°)]-c(2)其中，a，b，c稱為安托因常數(shù)。T1的單位為℃，Pb1°的單位為毫米汞柱。y1和x1之間的函數(shù)關(guān)系式根據(jù)相平衡關(guān)系得到y(tǒng)1=αx1(α-1)x1+1---(3)]]>其中，α為相對(duì)揮發(fā)度。
從而，得到如下的y1關(guān)于T1、P1關(guān)系式y(tǒng)1=αα-1-10(α-bT1+c)(α-1)P1---(4)]]>從而，得到塔頂產(chǎn)品純度與溫度壓強(qiáng)間的組成推斷控制函數(shù)關(guān)系式冷凝器若為全凝器，xD=αα-1-10(α-bT1+c)(α-1)P1---(5-1)]]>
冷凝器若為分凝器，xD=1kD[αα-1-10(α-bT1+c)(α-1)P1]---(5-1a)]]>其中，kD為塔頂分凝器的氣液平衡常數(shù)。
同理，得到塔底產(chǎn)品組成與塔底溫度、壓強(qiáng)的組分推斷控制方程Xn=Pα10(α-Tn+cb)(α-1)-1α-1---(5-2)]]>本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)控制器采用動(dòng)態(tài)矩陣控制這一模型預(yù)測(cè)控制算法，將實(shí)測(cè)輸出值y，作為動(dòng)態(tài)矩陣控制器的輸入量，經(jīng)動(dòng)態(tài)矩陣控制算法最優(yōu)控制律處理后，得到回流比和再沸比這兩個(gè)控制變量下一時(shí)刻的預(yù)測(cè)值，作為控制器的輸出，傳遞給DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)雙端組成高純控制。
本發(fā)明的有益效果是，高純精餾動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)能夠克服傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)在高純條件下控制效果差甚至無(wú)法控制的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較好的控制效果和動(dòng)態(tài)品質(zhì)，而且所述的控制方法基于DCS和計(jì)算機(jī)上位機(jī)平臺(tái)，因此易于實(shí)施。


圖1為高純精餾過(guò)程PID圖；圖2為動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)的連接示意圖；圖3為動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)的階躍響應(yīng)模型圖；圖中，1-塔體，2-回流罐，3-再沸器，4-乘法器單元，5-加法器單元，6-現(xiàn)場(chǎng)智能儀表，7-數(shù)據(jù)接口，8-控制站，9-實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，10-上位機(jī)；D-塔頂產(chǎn)品流量，R-回流量，B-塔底產(chǎn)品流量，V-再沸量，F(xiàn)-進(jìn)料量，TT-溫度檢測(cè)環(huán)節(jié)，TC-溫度控制環(huán)節(jié)，F(xiàn)T-流量檢測(cè)環(huán)節(jié)，F(xiàn)C-流量控制環(huán)節(jié)，LT-液位檢測(cè)環(huán)節(jié)，LC-液位控制環(huán)節(jié)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合圖1、圖2和圖3來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，本發(fā)明的目的和效果將更加明顯。
所述的控制系統(tǒng)包括精餾塔(控制對(duì)象)、智能檢測(cè)儀表(傳感變送)、DCS系統(tǒng)、上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線。精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)和上位機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線依次相連，實(shí)現(xiàn)信息流的上傳和下達(dá)。上位機(jī)包含推斷控制器、動(dòng)態(tài)矩陣控制器和人機(jī)界面。
所述的系統(tǒng)連接方式上與傳統(tǒng)的工業(yè)流程的區(qū)別在于系統(tǒng)充分利用了現(xiàn)在DCS和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，塔頂和塔底的檢測(cè)儀表連接到了DCS系統(tǒng)，將檢測(cè)到的信號(hào)上傳到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，而上位機(jī)和DCS系統(tǒng)連接并從中獲得歷史數(shù)據(jù)，上位機(jī)出來(lái)的信號(hào)下達(dá)到DCS系統(tǒng)，并通過(guò)DCS指令調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行控制作用。
所述的控制方法按照如下步驟進(jìn)行實(shí)施1、建立從溫度、壓強(qiáng)到產(chǎn)品組分濃度的推斷控制模塊這部分工作，由上位機(jī)10上的推斷控制器來(lái)完成。通過(guò)如下組成推斷控制方程，根據(jù)來(lái)自DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)9的溫度、壓強(qiáng)數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地推斷出產(chǎn)品組分的純度值對(duì)塔頂產(chǎn)品純度冷凝器若為全凝器，xD=αα-1-10(α-DT1+c)(α-1)P1]]>冷凝器若為分凝器，xD=1kD[αα-1-10(α-bT1+c)(α-1)P1]]]>對(duì)塔底產(chǎn)品純度Xn=1kn[Pnα10(α-Tn+cb)(α-1)-1α-1]]]>以上基于機(jī)理模型推導(dǎo)得到的組分推斷控制方法，與常規(guī)的基于數(shù)據(jù)回歸分析得到的組分推斷控制方法相比，具有推斷預(yù)測(cè)準(zhǔn)確、外推能力強(qiáng)、不受進(jìn)料組成擾動(dòng)的影響等諸多優(yōu)點(diǎn)。
2、動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的設(shè)計(jì)和參數(shù)選擇這項(xiàng)工作在上位機(jī)10上的動(dòng)態(tài)矩陣控制器上完成，通過(guò)以下步驟來(lái)實(shí)施1)預(yù)測(cè)模型采用如下步驟來(lái)實(shí)施①對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)，得到如圖三所示的階躍響應(yīng)曲線；②確定模型時(shí)域長(zhǎng)度N。其原則是N取的越大精度越高，但同時(shí)計(jì)算量
③越大，對(duì)計(jì)算機(jī)性能的要求越高，一般N取20～60；④T的選取。其原則是使NT時(shí)刻過(guò)程響應(yīng)值已接近其穩(wěn)態(tài)值；⑤在各采樣時(shí)間t＝T、2T、3T、...、NT，從DCS中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)里獲得一序列采樣值，用動(dòng)態(tài)系數(shù)a1，a2，…，aN來(lái)表示；⑥進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到單位階躍響應(yīng)，采樣數(shù)據(jù)的有限集合{a1，a2，…，aN}，作為DMC算法中的預(yù)測(cè)模型參數(shù)；⑦根據(jù)下式，計(jì)算未來(lái)P時(shí)刻系統(tǒng)的輸出預(yù)測(cè)值Ym(k+1)＝Y(jié)0(k+1)+A·ΔU(k)(6)求得系統(tǒng)在未來(lái)P時(shí)刻的預(yù)測(cè)模型輸出，其中P稱為預(yù)測(cè)長(zhǎng)度，式中ΔU(k)=Δu(k)...Δu(k+M-1)]]>A=aα10...0a2a1...0...aPaP-1...aP-M+1P×M]]>Y0(k+1)=y^0(k+1/k)...y^0(k+P/k)]]>Ym(k+1)=y^M(k+1/k)...y^M(k+P/k)]]>模型輸出初值Y0(k+1)滿足Y0(k+1)＝A0U(k-1) (7)式中 從而，得到預(yù)測(cè)模型輸出Ym(k+1)＝AΔu(k)+A0U(k-1) (8)2)反饋校正系統(tǒng)的輸出預(yù)測(cè)值，在預(yù)測(cè)模型輸出的基礎(chǔ)上，基于實(shí)際輸出誤差，采用如下算式進(jìn)行修正
Yp(k+1)＝Y(jié)m(k+1)+h[y(k)-ym(k)]＝AΔU(k)+A0U(k-1)+he(k) (9)式中Yp(k+1)＝[yp(k+1)，yp(k+2)，…，yp(k+P)]T其中，e(k)是實(shí)測(cè)輸出值y(k)和模型預(yù)測(cè)值ym(k)之差；h是反饋校正系數(shù)。
3)滾動(dòng)優(yōu)化采用如下最優(yōu)控制律優(yōu)化算式，進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化ΔU(k)＝(ATQA+λ)-1ATQ[Yr(k+1)-A0U(k-1)-he(k)](10-1)得到如下的從k到k+M-1時(shí)刻的順序開(kāi)環(huán)控制增量，Δu(k+i-1)=diT[Yr(k+1)-A0U(k-1)-he(k)]---(10-2)]]>式中diT=[(ATQA+λ)-1ATQ]i---(11)]]>從而，得到了當(dāng)前時(shí)刻的控制器輸出值。
通過(guò)以上預(yù)測(cè)模型、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化三個(gè)步驟，完成了控制器的設(shè)計(jì)，通過(guò)前一時(shí)刻的推斷控制器的輸出預(yù)測(cè)值即雙端純度，即可得到當(dāng)前時(shí)刻的控制器的輸出值即回流比和再沸比的值。
4)控制器參數(shù)初始化包括模型時(shí)域長(zhǎng)度N，預(yù)測(cè)時(shí)域長(zhǎng)度P，反饋校正系數(shù)h，誤差權(quán)矩陣Q等。選取規(guī)律N取20～60，P取稍小于N的數(shù)，h取單位向量，Q取單位對(duì)角陣。
5)控制器參考軌跡選取采用如下的一階指數(shù)形式y(tǒng)r(k+i)=αriy(k)+(1-αri)yset]]>yr(k)＝y(tǒng)(k)有利于能減少過(guò)量的控制作用，使系統(tǒng)的輸出能平滑地到達(dá)設(shè)定值。
3、系統(tǒng)開(kāi)始投運(yùn)1)用定時(shí)器，設(shè)置好每次控制作用的時(shí)間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔原則上于預(yù)測(cè)模型的采樣時(shí)間一致；2)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表6檢測(cè)精餾塔的頂?shù)诇囟?、壓?qiáng)等數(shù)據(jù)并傳送到DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)9中；3)上位機(jī)10，在每個(gè)定時(shí)周期，從DCS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)9中，得到前一時(shí)刻的塔頂塔底的溫度和壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)，并作為上位機(jī)10中推斷控制器模塊的輸入；4)上位機(jī)10中的推斷控制器，經(jīng)過(guò)推斷控制，得到前一時(shí)刻的塔頂塔底組分的推斷預(yù)測(cè)值，并作為上位機(jī)10中動(dòng)態(tài)矩陣控制器模塊的輸入；5)上位機(jī)10中動(dòng)態(tài)矩陣控制器，經(jīng)過(guò)運(yùn)算得到的當(dāng)前時(shí)刻的控制變量回流比和再沸比，并下達(dá)給DCS系統(tǒng)；6)DCS系統(tǒng)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)節(jié)裝置，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的高純精餾過(guò)程實(shí)施控制作用，確保雙端產(chǎn)品組成的高純度質(zhì)量品質(zhì)。
與傳統(tǒng)的精餾控制系統(tǒng)和方法相比，本發(fā)明技術(shù)，明顯提高了精餾過(guò)程雙端產(chǎn)品高純度下的平穩(wěn)控制能力，提高高純精餾過(guò)程的動(dòng)態(tài)品質(zhì)；同時(shí)，系統(tǒng)還具有較強(qiáng)魯棒性、參數(shù)易于檢測(cè)和易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提出的高純精餾動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)和方法，已通過(guò)具體實(shí)施步驟進(jìn)行了描述，相關(guān)技術(shù)人員明顯能在不脫離本發(fā)明內(nèi)容、精神和范圍內(nèi)對(duì)本文所述的裝置和操作方法進(jìn)行改動(dòng)或適當(dāng)變更與組合，來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明技術(shù)。特別需要指出的是，所有相類似的替換和改動(dòng)對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，它們都會(huì)被視為包括在本發(fā)明精神、范圍和內(nèi)容中。
權(quán)利要求
1.一種高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)、上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線。所述精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)和上位機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線依次相連，實(shí)現(xiàn)信息流的上傳和下達(dá)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)，其特征在于，所述上位機(jī)包括推斷控制器、動(dòng)態(tài)矩陣控制器和人機(jī)界面。
3.一種應(yīng)用權(quán)利要求1所述高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟1)進(jìn)行階躍響應(yīng)得到動(dòng)態(tài)矩陣控制器的預(yù)測(cè)模型參數(shù)。2)進(jìn)行動(dòng)態(tài)矩陣控制器的預(yù)測(cè)模型、反饋校正、動(dòng)態(tài)優(yōu)化三個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。3)根據(jù)所述步驟(2)的結(jié)果，選擇控制器參數(shù)，完成控制算法的設(shè)計(jì)。4)系統(tǒng)開(kāi)始投運(yùn)。5)智能檢測(cè)儀表將檢測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)傳輸?shù)紻CS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。6)每個(gè)定時(shí)周期，上位機(jī)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中得到前一時(shí)刻的塔頂塔底的溫度、壓強(qiáng)和靈敏板溫度等數(shù)據(jù)。7)上位機(jī)的推斷控制器根據(jù)所得到的塔頂?shù)诇囟?、壓?qiáng)數(shù)據(jù)，計(jì)算出前一時(shí)刻的塔頂塔底產(chǎn)品組分的推斷預(yù)測(cè)值，并傳給動(dòng)態(tài)矩陣控制器模塊，作為動(dòng)態(tài)矩陣控制器的輸入。8)上位機(jī)的動(dòng)態(tài)矩陣控制器計(jì)算出當(dāng)前時(shí)刻的控制變量回流比和再沸比的控制值，并返回給DCS系統(tǒng)。9)DCS系統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的精餾過(guò)程的雙端產(chǎn)品高純控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述的推斷控制器采用如下的機(jī)理函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行塔頂塔底產(chǎn)品純度的推斷控制對(duì)塔頂產(chǎn)品純度冷凝器若為全凝器，xD=αα-1-10(a-bT1+c)(α-1)P1]]>冷凝器若為分凝器，xD=1kD[αα-1-10(a-bT1+c)(α-1)P1]]]>對(duì)塔底產(chǎn)品純度Xn=1kn[Pnα10(a-Tn+cb)(α-1)-1α-1].]]>
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述的動(dòng)態(tài)矩陣控制器采用如下三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)1)模型預(yù)測(cè)采用如下步驟來(lái)實(shí)施①對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)環(huán)階躍響應(yīng)，得到如圖三所示的階躍響應(yīng)曲線；②在各采樣時(shí)間t＝T、2T、3T、...、NT，從DCS中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)里獲得一系列采樣值，用動(dòng)態(tài)系數(shù)a1，a2，...，aN來(lái)表示；③進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到單位階躍響應(yīng)采樣數(shù)據(jù)的有限集合{a1，a2，...，aN}，作為DMC算法中的預(yù)測(cè)模型參數(shù)；④根據(jù)下式求得未來(lái)P時(shí)刻系統(tǒng)的輸出預(yù)測(cè)值Ym(k+1)＝AΔU(k)+A0U(k-1)式中ΔU(k)=Δu(k)···Δu(k+M-1)]]>A=a10…0a2a1…0···aPaP-1…aP-M+1P×M]]>U(k-1)=u(k-N+1)u(k-N+2)···u(k-1)]]> 2)反饋校正系統(tǒng)的輸出預(yù)測(cè)值，在預(yù)測(cè)模型輸出的基礎(chǔ)上，基于實(shí)際輸出誤差，采用如下算式進(jìn)行修正Yp(k+1)＝Y(jié)m(k+1)+h[y(k)-ym(k)]＝AΔU(k)+A0U(k-1)+he(k)式中Yp(k+1)＝[yp(k+1)，yp(k+2)，…，yp(k+P)]T其中，e(k)是實(shí)測(cè)輸出值y(k)和模型預(yù)測(cè)值ym(k)之差；h是反饋校正系數(shù)；3)滾動(dòng)優(yōu)化采用如下最優(yōu)控制律優(yōu)化算式，進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化ΔU(k)＝(ATQA+λ)-1ATQ[Yr(k+1)-A0U(k-1)-he(k)]得到如下的從k到k+M-1時(shí)刻的順序開(kāi)環(huán)控制增量，Δu(k+i-1)=diT[Yr(k+1)-A0U(k-1)-he(k)]]]>式中diT=[(ATQA+λ)-1ATQ]i]]>從而，得到了當(dāng)前時(shí)刻的控制器輸出值。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述的動(dòng)態(tài)矩陣控制器參數(shù)的參考軌跡采用如下的一階指數(shù)形式y(tǒng)r(k+i)=αriy(k)+(1-αri)yset]]>yr(k)＝y(tǒng)(k)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高純精餾的動(dòng)態(tài)矩陣控制系統(tǒng)和方法；系統(tǒng)包括精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)、上位機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)總線；所述精餾塔、智能檢測(cè)儀表、DCS系統(tǒng)和上位機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線依次相連，實(shí)現(xiàn)信息流的上傳和下達(dá)；本發(fā)明所涉及的控制系統(tǒng)采用塔雙端產(chǎn)品組分為被控變量，回流比和再沸比為對(duì)應(yīng)的控制變量；上位機(jī)從DCS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得歷史的溫度、壓力等數(shù)據(jù)，通過(guò)推斷控制環(huán)節(jié)和動(dòng)態(tài)矩陣控制器環(huán)節(jié)，得到當(dāng)前控制器的輸出值－回流比和再沸比，再把控制器輸出值返回給DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高純精餾過(guò)程的雙端產(chǎn)品高純控制，對(duì)雙端組分的高純度平穩(wěn)操作，具有很好的動(dòng)態(tài)品質(zhì)和控制效果。
文檔編號(hào)B01D3/42GK1962015SQ20061015440
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月30日
發(fā)明者劉興高, 王成裕 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)