单元机组协调控制系统控制策略研究

针对单元机组协调控制系统多变量、强耦合、时变、滞后大的特点,提出一种采用串联后补偿单向解耦后加入PID控制器自整定的控制策略.该控制策略首先对系统进行串联后补偿实现完全解耦,并通过单向解耦对解耦系统进行简化,然后把多变量的控制问题转化为多个单变量,再对各个单变量加入PID控制器进行自整定.通过对125 MW单元机组协调控制系统的仿真分析可知,这种方法有效消除了输入与输出之间的强耦合带来的不利影响,使系统输出稳定,控制效果好.     

S7-300PLC在精馏塔温度控制系统中的应用

针对精馏塔温度系统结构复杂和精确度要求高等特点,采用西门子S7-300可编程控制器PIE对系统温度进行控制.控制回路采用单参数模糊PID调制法;同时,将单参数模糊PID控制和可编程控制器的逻辑判断指令结合起来,使PID控制更为灵活,较好地满足了生产过程的要求.实际运行结果验证了PLC应用于精馏塔温度控制系统的可行性及精确性.     

多变量解耦控制系统设计与仿真

工业生产过程中,被控系统越来越复杂,需要控制的变量通常不止一对,而且相互耦合,较成熟的线性多变量控制理论与设计方法已难以满足实际的多变量生产过程控制。本文针对多变量强耦合带有延迟环节的被控系统,研究了一种简化的串联前馈补偿解耦控制器设计方法。根据被控对象的辨识模型,设计串联前馈补偿解耦器,使系统解耦成单输入单输出模型,进而分别对解耦后输入输出模型设计PID控制器,整定PID控制器参数。仿真结果表明该方法具有较好的解耦能力和鲁棒性,算法简单,易于实现。     

多变量解耦控制系统设计与仿真北大核心CSCD

工业生产过程中,被控系统越来越复杂,需要控制的变量通常不止一对,而且相互耦合,较成熟的线性多变量控制理论与设计方法已难以满足实际的多变量生产过程控制。本文针对多变量强耦合带有延迟环节的被控系统,研究了一种简化的串联前馈补偿解耦控制器设计方法。根据被控对象的辨识模型,设计串联前馈补偿解耦器,使系统解耦成单输入单输出模型,进而分别对解耦后输入输出模型设计PID控制器,整定PID控制器参数。仿真结果表明该方法具有较好的解耦能力和鲁棒性,算法简单,易于实现。     

一种基于控制量一致的参考模型解耦方法

基于"控制量一致"的思想,提出了一种新的多变量参考模型解耦方法.参考模型回路由控制器和被控对象的传递函数两部分组成,而不是一般意义上的只由一个参考模型传递函数构成.解耦比例系数被引入到解耦环节,使解耦设计变得非常简单,并且兼顾了解耦和主回路控制的性能指标.以控制器输出逼近的方式,该方法基本上能实现动态和静态解耦.通过对实际工业系统的仿真,取得了良好的解耦效果.     

使用低阶参考模型的离散多变量MRACS

本文提出了一种高阶被控对象跟随低阶参考模型的离散多变量模型参考自适应控制系统(MRACS)的设计方法,它利用数字滤波器将系统降阶,通过求解p个一次代数方程而确定的自适应控制输入信号,能够使多变量被控对象的每个多输入单输出(MISO)子系统的输出渐近收敛到对应的单输入单输出(SISO)低阶参考模型的输出,提出的自适应控制器不仅避免了引进正反馈和辅助信号,而且实现了自适应解耦控制,仿真结果表明该控制器具有较好的控制性能。     

多变量发酵过程的神经网络在线解耦控制

为提高多变量系统解耦控制的性能,提出了一种基于参考模型的神经网络在线解耦控制方法.构造神经网络实现前馈解耦,通过参考模型的输出与被控系统输出估计耦合作用对被控量的影响,由此设计神经网络权值参数学习算法,在线调整网络参数使多变量耦合系统实现解耦;对解耦后的子系统分别设计闭环控制器,以达到优良的控制性能.仿真实验结果表明,提出的解耦控制方法是简单有效的.     

强制循环蒸发系统的非线性自适应解耦PID控制

本文结合现场的实际过程数据,首先应用能量平衡建立了强制循环蒸发过程的动态模型.针对该过程的多变量、非线性以及强耦合特性,在常规增量式PID控制器的基础上提出基于神经网络与多模型切换的非线性自适应解耦PID控制策略.该控制器是由线性自适应解耦PID控制器和基于神经网络的非线性自适应解耦PID控制器以及切换机构组成.其中线性自适应解耦PID控制器可以保证系统的稳定,而基于神经网络的非线性自适应解耦PID控制器则可以有效地提高系统的性能.上述过程的PID参数是通过广义预测的方法得到,最后通过仿真表明,上述控制方法不仅消除了回路间的耦合,在稳定生产的同时提高了蒸发的效率.     

一类实际工程问题的解耦PID控制器设计

解耦一直是控制系统中比较难解决的实际问题,为了消除控制系统中耦合的成分,从一个实际的模型出发,通过建立系统模型的传递函数,利用多变量频率设计理论中静态解耦的思想,产生一个解耦器,从而消除系统中耦合的成分,使系统变成两个单输入单输出的模型,然后在此模型基础上,设计出一个解耦的PID控制器.仿真结果验证了该解耦器能够减少系统中耦合的成分,达到解耦的目的.该方法简单实用,可以推广到许多实际的耦合系统中.     

MIMO系统非线性模糊免疫PID的设计与优化

针对工业中常规控制器难以达到较好控制效果的控制难点,提出了免疫PID控制器,利用模糊控制可以无限逼近非线性的特性,构成非线性模糊免疫PID控制器,并基于正交函数将M1MO(多输入多输出)控制系统的非线性模糊免疫PID控制器的设计过程转化为由一个只含有代数方程的算法来实现,最后用具有自适应功能的遗传算法对其进行优化.仿真结果表明,所设计的控制器在控制性能上优于常规PID,并能快速得到最优参数.另方面对于多输入多输出控制系统,控制器的设计和优化显得更为简便和有效.     

精馏过程动态仿真建模

精馏过程的模型化与仿真在化工操作和工艺设计中具有重要的意义。对精馏塔进行动态数学模型的建立与仿真,不仅可以研究精馏过程在不同工况下的变化情况,而且还可以用于精馏塔的优化控制,进而提高精馏过程的生产效益。本文针对精馏塔操作过程,建立了基于平衡级假设和非平衡级假设的精馏过程动态机理数学模型,并对平衡级假设的模型进行了动态模拟。该模型从机理分析入手,进行合理的简化,模型的计算时间大大的缩短,从而使模型具有比较广泛的实用性。该模型采用的动态数学模型为METSH(质量平衡方程、相平衡方程、塔板效率方程、摩尔分数归一化方程、能量平衡方程)方程,通过计算METSH方程,可以模拟出精馏塔内温度、汽相流量、液相流量、汽相组分以及液相组分的变化趋势。通过仿真结果可以看到,该模型比较准确的预测了精馏塔中各个操作参数的动态趋势,与实际情况基本一致,其稳态结果与实际情况也基本吻合。该模型对于仿真培训及精馏过程的控制分析具有较高的理论研究意义和实际应用价值。     

考虑间壁换热的间壁塔模型的模拟仿真研究

精馏是化工生产过程中应用最广泛的分离技术。间壁塔作为一个完全热耦合精馏塔,与传统两塔精馏序列相比,不仅可以减少设备投资,减少占地面积,还能节约精馏过程中的能耗。以环己烷-环庚烷-环辛烷的分离为研究对象,建立间壁塔和传统两精馏序列的模型,分析间壁塔的间壁传热对总能耗的影响,对新工艺(间壁塔分离工艺)和旧工艺(传统两塔精馏序列分离工艺)进行仿真和优化研究。通过优化计算,在满足产品纯度要求前提下,得到了两工艺的最优工艺操作条件。比较两种工艺的塔板数和能耗,间壁塔工艺在节约成本的同时节能17.9%。     

Process networks with decentralized inventory and flow control

A modeling framework is proposed for complex chemical process networks. The state is represented by energy, volume and mass inventories. The dynamic behavior of the process system is constrained so that all trajectories satisfy the first and second laws of thermodynamics. The concavity of the entropy function is used to define a storage function for passivity design. The proposed storage function is closely related to the Gibbs tangent plane condition. A multi-component version of Tellegen’s theorem from circuit theory is used to develop sufficient conditions for stability of process networks. The sufficient conditions can be interpreted as dissipation conditions for production and flow. These results can be used to design decentralized inventory and flow control systems for process networks of arbitrary complexity. Flow and inventory control are introduced for various process units, including a stirred tank reactor and a flash unit. We develop a plant wide control system for a recycle problem with a reactor and a distillation column.     

利用PRO/Ⅱ和塔板设计软件开发异丙醇工艺

提出了一种适合于连续化操作的异丙醇新工艺,并利用ＰＲＯⅡ软件与其它工艺进行模拟计算,证明这种新工艺最好。在此基础上利用塔板设计软件对新工艺精馏塔板进行设计。     

Distillation control configuration selection based on product variability prediction

A novel technique is presented to evaluate control configuration selection for distillation columns. The technique uses process disturbance data and applies signal-processing techniques to extract its amplitude and frequency information. This information is combined with the closed-loop Bode plot of the process to predict the closed-loop product variability for the column. The closed-loop Bode plot is developed using a linear dynamic tray-to-tray model of the process. The approach is demonstrated using two distinctly different distillation columns by identifying the best control configurations from among nine potential configurations for each column. The limits of this approach for control configuration selection are also analyzed.     

无线通信技术在化工生产过程中的应用研究

化工生产过程中工业自动化控制已广泛应用,无线通信技术的快速发展可实现仪表之间数据信号的无线传输。将无线传输模块应用到化工生产的分布式控制系统中,实现化工无线分布式控制系统的设计,并应用于甘氨酸生产过程控制系统中,结果显示:实时数据库包括图形显示、数据报表、历史报表和历史数据库数据,与通讯管理模块互联;通过无线分布式控制系统运用管理层协议实现所有连接设备之间的通信自由,化工无线分布式控制系统的运行和生产过程控制不受系统器件故障的影响。对精馏塔控制设备工艺流程中的部分开关量控制进行了模拟测试,达到了预期效果。     

Experimental investigations on fuzzy logic for process control

The present work is concerned with the design and experimental testing of fuzzy algorithms for the on-line control of a few processes: temperature of a methyl methacrylate batch polymerization reactor, evaporating and condensing temperatures of a refrigeration system and the overhead composition of a batch distillation column. PID-fuzzy algorithms were developed and compared to conventional PID controllers, proving to be more suitable and reliable for the polymerization process. For the batch distillation column, fuzzy control reduced the batch time and the energy consumption. The PID-fuzzy also outperformed the conventional PID in terms of energy savings for the refrigeration system.     

A wave propagation approach for reduced dynamic modeling of distillation columns: Optimization and control

Reduced models enable real-time optimization of large-scale processes. We propose a reduced model of distillation columns based on multicomponent nonlinear wave propagation (Kienle 2000). We use a nonlinear wave equation in dynamic mass and energy balances. We thus combine the ideas of compartment modeling and wave propagation. In contrast to existing reduced column models based on nonlinear wave propagation, our model deploys a hydraulic correlation. This enables the column holdup to change as load varies. The model parameters can be estimated solely based on steady-state data. The new transient wave propagation model can be used as a controller model for flexible process operation including load changes. To demonstrate this, we implement full-order and reduced dynamic models of an air separation process and multi-component distillation column in Modelica. We use the open-source framework DyOS for the dynamic optimizations and an Extended Kalman Filter for state estimation. We apply the reduced model in-silico in open-loop forward simulations as well as in several open- and closed-loop optimization and control case studies, and analyze the resulting computational speed-up compared to using full-order stage-by-stage column models. The first case study deals with tracking control of a single air separation distillation column, whereas the second one addresses economic model predictive control of an entire air separation process. The reduced model is able to adequately capture the transient column behavior. Compared to the full-order model, the reduced model achieves highly accurate profiles for the manipulated variables, while the optimizations with the reduced model are significantly faster, achieving more than 95% CPU time reduction in the closed-loop simulation and more than 96% in the open-loop optimizations. This enables the real-time capability of the reduced model in process optimization and control.     

现代化工设备三维可视化设计

介绍了三维可视化设计应用于现代化工设备设计的优越性和可行性,重点介绍三维可视化设计在塔板、填料、液体分布器、气体分布器和支撑结构等精馏塔内件中的应用。实践证明：三维可视化可以和强度、刚度、二维、重量、流体力学、数字化设计和制造相结合,从而,化工设备的设计过程从单一平面图转变为可视化的三维实体,使得设计过程更接近生产实际,缩短了产品设计周期,有效地降低成本。这项工作的推广将促进我国化工设备制造行业的信息化建设。     

大型炼油蒸馏塔的多输入预报自校正控制

本文针对一个大型炼油蒸馏塔的控制,设计了一种适用于具有多个确定性扰动对象的多 输入预报自校正控制器,其特点是综合了在线辨识、多输入前馈、最小方差和PI规律各自的优 点,并采用变遗忘因子的最小二乘估计算法在线修正参数,使控制器的收敛性、稳定性与自适应能力较一般自校正控制器大为提高.实践表明,该控制器很好地克服了生产中的干扰和波 动,平稳了操作,成功地实现了对蒸馏塔的产品质量控制.