精馏过程变量耦合和解耦控制系统分析和设计.pdf

第43卷 第 l0期 化 工 技 术 与 开 发 Vo1．43 No．10 2014年 10月 Technology ＆DevelopmentofChemicalIndustry Oct．2014 精馏过程变量耦合及解耦控制系统的分析与设计 黄永杰 (广西职业技术学院计算机与电子信息工程系，广西 南宁 530226) 摘 要：医药、石油化工中的精馏是一个多变量生产过程，各变量间的关系非常复杂，耦合度高，文章分析了 两输入俩 输出精馏过程的耦合关系及数学模型，利用对角矩阵和前馈补偿解耦方法设计解耦网络，使原来处于耦 合关联下的两个系统完全独立，达到精馏过程稳定运行。 关键词：精馏；过程变量耦合分析；耦合系统的解耦设计 ~lti(ff类号：TQ053．5 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2014)10-0036-03 在过程控制系统中，被控变量与控制变量常常 的成分Y，如图2所示。 不止一对，而且，这些变量之间又经常以各种形式互 相关联着，这种关联叫耦合。许多单变量控制系统 之所以能正常工作，是因为在某些情况下 ，这种耦合 程度不高，或者说，有些系统间只是一种松散联系， 因此，可以把这样的系统相对孤立起来，按照简单的 单变量系统的方法进行分析设计。但也有不少生产 过程中，变量间的耦合度比较高，一个变量的变化， 会引起多个被控变量的变化，在这种情况下就不能 简单的将其分为若干个单变量系统进行分析与设 计 ，否则，难以取得满意的控制效果，甚至得不到稳 图1精馏过程示意图 定的控制过程。 回流量FL 塔顶精馏物成分yt 1精馏过程变量耦合分析 蒸汽量 ≥：： 二塔底产物成 精馏过程是对成品或半成品的分离和精制的过 程。在医药、石油化工生产中精馏是生产工艺的重要 图2 精馏塔两端产品成分控制示意图 环节，精馏塔控制是一个典型的多变量过程控制问 用试验法测得某化工厂一个具有 30个塔盘的 题，因为在精馏过程中，需要被控的变量较多，可以选 精馏塔两端产品成分控制区的数学模型为： 作控制的变量也较多，如图1所示，精馏过程要消耗大 y『()]一f--()Wz()]_凡『()] 量的能源，为此，精馏塔两端均要进行产品成分控制。 lY2()Jl-()W22()jl()J 这对于相对挥发度较低、产品纯度不太高及进料成分 式中： 变化较大的精馏塔，尤其能取得突出的节能效果。 0．088 0．1825 (1+75s)(1+722s) (1+15s)(1十722s) 目前，对精馏物成分及塔底产物成分进行控制 ()：W-t()W12)]： L2l() 22()j 0．282 0．142 的方案较多，工业上较普遍使用的方案是用回流量 (1+los)1(+1850)(1+15s)1(十1850~) 控制精馏物成分Yi，用蒸汽量 控制塔底产物 显然，由于 ：)和 。 的存在，表明塔顶通 基金项 目：广西教育厅资助项 目(YB2014487) 作者简介：黄永杰 (1965．)，男，汉族，广西百色人，高级工程师，广西职业技术学院计算机与