多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法及系统，通过辨识各支路的传递函数，建立标称模型并计算出在给定鲁棒性条件下的PID控制器参数，用该PID控制器参数作为控制信号输出到加热炉入口，用以调整原油流量，使得各支路出口温度达到一致的效果，不仅适用于各支路传递函数相同的同类系统，尤其适用于各支路传递函数不同的异类系统，解决了异类系统运用内模-PID时选择标称模型的困难。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于石油化工管式加热炉的自动控制领域，特别是多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法及系统。
技术介绍
在炼油厂中，经常使用的是多支路多燃烧器的加热炉，原料经总管道进料后，被分流进入各个支路，每个支路都有燃烧器对其加热，加热后的原油再由各个支路混合到一起。理想状态是，各个支路中原油流量相等，燃烧器火焰状态相同，则出口温度也应该相同。但实际生产中，不可避免存在干扰，从而难以保证出口温度相同。如果某一支路温度偏高，会造成炉内结焦，影响管道传热系数，并使得管道收紧，降低流量，从而使温度进一步提高，造成恶性循环，严重时可能引起管道破裂，这是十分危险的。因此必须对加热炉出口温度进行控制，保证出口温度相同。现有的控制方案中偏差控制技术(DCT)设计思路简单易行，但是当支路数目较多时，控制结构复杂，难以实施；多偏差控制技术(DSCT)弥补了偏差控制技术的不足，但是难以保证出口温度就是混合后的温度；广义补偿控制技术(GC2T)对多偏差控制技术改进后，弥补其缺点，但是针对其有效的控制器设计方案较少，尤其是对于异类系统，难以给出统一的PID参数。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提出了多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法，包括以下步骤：S1、测量各支路输入端的原油流量与输出端的出口温度，将所述原油流量值和出口温度值转化为电信号；S2、将S1步骤得到的电信号存储起来，经过存储时间t后，将电信号传送至系统辨识模块；S3、采用最小二乘辨识算法识别各支路的传递函数；S4、根据各支路的传递函数的频率特性得到最优标称模型，然后计算出在给定鲁棒性条件下的PID控制器参数；S5、PID控制器参数作为控制信号被传送到控制器，控制原油流量。所述存储时间t为从加入用于辨识各支路的阶跃信号时刻起，到输出达到新的稳态值为止的时间段。S3的具体过程为：根据所述阶跃信号的幅值h、采样周期Ts以及采集对象的输出Y(k)，按照下式计算得到各支路的传递函数中的参数θ＝(PT·P)-1PTQ其中P和Q分别是由h、ts、Y(k)构成的系数矩阵，θ为用于标识各支路的传递函数的参数。S4的具体过程为：S401、根据各支路的传递函数计算各支路的频率特性Gi(jw)；S402、选取各支路频率特性的均值作为最优标称模型的频率特性，其中，N为支路数；S403、利用最小二乘法计算标称模型的传递函数，其中，L为标称模型的纯滞后时间、K为增益、T为时间常数、s为拉普拉斯算子；S404、给定初始的λ＝0.1L，计算其对应的最大灵敏度Ms，如果Ms＜1.4，则结束计算；否则令λ＝λ+0.05L，再代入式直到Ms＜1.4；S405、计算PID控制器的参数CPID(s)＝Kp+KI/s其中Kp＝T/K/(λ+L)，KI＝1/K/(λ+L)。本专利技术多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法在设计内模控制器时所选取的标称模型并不是基于某一个支路的模型，而是考虑各支路的特性，在此基础上设计内模控制器，可以有效的对出口温度进行控制。第二方面，本专利技术提供一种多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制系统，包括依次连接的测量变送器和数据存储与输出单元，其特征在于，所述数据存储与输出单元之后还顺序连接有系统辨识单元、参数分析单元和控制器输出单元，其中测量变送器，用于采集输入信号和输出信号；数据存储与输出单元，将所述测量变送器传送来的数据进行存储，并输出至系统辨识单元；系统辨识单元，采用辨识算法识别出各支路的传递函数；参数分析单元，将各支路的传递函数进行频率特性分析，找出最优的标称模型，并利用内模策略和标称模型计算在给定鲁棒性条件下的PID控制器参数；控制器输出单元，将PID控制器输出的控制信号传送到各支路入口，以调节各支路的原料流量。利用本专利技术多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制系统，在满足总进料量恒定的约束条件下，在各支路的出口温度出现差异时，自动对各支路的流量进行调节，从而使加热炉出口各支路的温度相同。附图说明图1为本专利技术实施例多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法的流程图；图2为本专利技术另一实施例多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制系统结构图；图3为图1的实施例中利用复摄动表示标称模型和各支路模型差异的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法实施例如图1所示，包括以下步骤，假设加热炉的支路数为4，总进料量为140t/h，燃烧器的燃气流量恒定，依靠各支路的流量控制各支路的出口温度；步骤1、从各支路的输入端测量原油流量值，从各支路输出端测量原油出口温度值，将流量值和温度值变送为电信号；步骤2、存储步骤1中的电信号，直到满足辨识各支路所需要的数量后，将电信号传送至系统辨识模块；步骤3、依照设定的最小二乘辨识算法识别各支路的传递函数；对于同类系统，其各个支路的对象特性相同，因此各个支路的传递函数模型相同，即G1(s)＝G2(s)＝G3(s)＝G4(s)＝-5e-60s/(160s+1)；对于异类系统，各个支路的对象特性有一定差异，因此经辨识得到的各个支路的传递函数也各不相同，但由于其基本构造和工作状态大致相同，因此不同主要来自于对象的参数。同样是四支路的加热炉，经辨识后，四条支路的传递函数分别为：步骤4、对各支路的传递函数进行频率分析，得到各支路平均的频率特性作为标称模型的频率特性，再利用复曲线拟合技术得到标称模型的传递函数；利用标称模型传递函数的参数找出满足给定鲁棒性要求的内模控制器参数；最后由内模控制器参数得到相应的PID控制器参数。对于同类系统，标称模型必然满足G(s)＝G1(s)＝G2(s)＝G3(s)＝G4(s)＝-5e-60s/(160s+1)，参数分析单元针对计算出的标称模型可以给出满足一定鲁棒条件下(Ms＜1.4)的内模控制器和其等价的PID控制器的参数，分别是：GIMC(s)＝-(160s+1)/(450s+5)，GPID(s)＝-(0.2133+0.0013/s)；对于异类系统，由于各个支路的传递函数不相同，在选取标称模型上，将各支路与标称模型的差异视作为模型不确定性来处理，同时考虑用复摄动来描述不确定域。如图3所示，支路1和支路2有不同的频率响应曲线，为了使所选的标称模型能以一个较小的不确定域(较小的圆盘半径)包围住支路1和2的曲线，最好的方式是选择支路1和2曲线的中线作为标称对象的频率特性曲线，同理，对于有N个支路的加热炉，其标称模型的频率特性可按下式计算得到：为了降低控制器的鲁棒性要求，选取各支路Nyquist曲线的中线作为标称模型的Nyquist曲线，再利用复曲线拟合技术得到标称模型的传递函数，根据标称模型的频率特性要求经过最小二乘算法可以得到本实施例标称模型的传递函数为：根据标称模型，在一定的鲁棒性条件下(Ms＜1.4)可以得到的PID控制器为：GPID(s)＝-(0.2441+0.0015/s)。步骤5、PID控制器参数被送入控制器输出单元用于输出控制作用。本实施例在选取标称模型上不仅适用于各支路传递函数相同的同类系统，尤其适用于各...

【技术保护点】
多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法，其特征在于，执行以下步骤，S1、测量各支路输入端的原油流量与输出端的出口温度，将所述原油流量值和出口温度值转化为电信号；S2、将S1步骤得到的电信号存储起来，经过存储时间t后，将电信号传送至系统辨识模块；S3、采用最小二乘辨识算法识别各支路的传递函数；S4、根据各支路的传递函数的频率特性得到最优标称模型，然后计算出在给定鲁棒性条件下的PID控制器参数；S5、PID控制器参数作为控制信号被传送到控制器，控制原油流量。

【技术特征摘要】
1.多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法，其特征在于，执行以下步骤，S1、测量各支路输入端的原油流量与输出端的出口温度，将所述原油流量值和出口温度值转化为电信号；S2、将S1步骤得到的电信号存储起来，经过存储时间t后，将电信号传送至系统辨识模块；S3、采用最小二乘辨识算法识别各支路的传递函数；S4、根据各支路的传递函数的频率特性得到最优标称模型，然后计算出在给定鲁棒性条件下的PID控制器参数；S5、PID控制器参数作为控制信号被传送到控制器，控制原油流量。2.根据权利要求1所述的多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法，其特征在于，所述存储时间t为从加入用于辨识各支路的阶跃信号时刻起，到输出达到新的稳态值为止的时间段。3.根据权利要求2所述的多支路多燃烧器加热炉支路平衡控制方法，其特征在于，所述S3的具体过程为：根据所述阶跃信号的幅值h、采样周期Ts以及采集对象的输出Y(k)，按照下式计算得到各支路的传递函数中的参数P=Y(1)-Y(0)-TshhY(2)-Y(0)-2Tshh.........Y(n)-Y(0)-nTshh]]>θ=θ1θ2θ3]]>Q=-TsΣi=01Y(i)-TsΣi=02Y(i)...-TsΣi=0nY(i)]]>θ＝(PT·P)-1PTQ其中P和Q分别是由h、Ts、Y(k)构成的系数矩阵，θ为用于标识各支路的传递函数的参数。4.根据权利要求1所述的多支路多燃烧器加热炉支路平衡...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳其兵，张崇林，钱中坚，杜星瀚，周星，时超，李路礼，
申请(专利权)人：中国石化扬子石油化工有限公司，中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32