基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控系统，包括：VOFFLC控制器，用以分别接受两误差与两误差的一阶导数，并对其进行分数阶模糊控制处理，根据分数阶模糊控制规则自适应的得到相应的控制参数，由控制参数再进行FOPID控制；两误差分别为：塔顶实际温度与设定温度的误差、塔底实际温度与设定温度的误差；矩阵解耦模块，用以将经FOPID控制后的控制参数进行矩阵解耦，分别得到塔顶回流量和再沸器加热蒸汽量的控制参数，控制塔顶回流量和再沸器加热蒸汽量，本发明专利技术解决了传统PID控制无法实施调节参数，控制效果差的问题，实现高质量控制。

【技术实现步骤摘要】
基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法及系统
本专利技术涉及精馏塔控制
，特别涉及一种精馏塔温度控制方法。
技术介绍
精馏是在炼油、化工等众多生产过程中广泛应用的一个传质过程。精馏过程通过反复的汽化与冷凝，使混合物物料中的各组分分离，分别达到规定的纯度。精馏塔的控制直接影响产品质量、产量和能量消耗，因此精馏塔的自动控制问题长期以来一直受到人们的高度重视。在精馏塔的动态控制过程中，由于涉及到的被控变量较多，可供选用的控制变量也较多，同时它们之间又存在着强耦合的关联。另外，因精馏塔的控制通道较多，响应速度较慢，内在的工作过程又较复杂，各个变量间的耦合也较强，同时对塔的控制质量的要求又较高，因此在具体方案设计时必须首先熟悉并掌握精馏塔的内部工作机理与工作流程，结合具体的控制要求，这样才可以得到合理有效的控制品质。采用传统PID控制搭建精馏塔温控系统时，当被控对象的结构和参数具有一定的不确定性，无法对其精确建模，则无法实时调节参数。此外，在不同工况下采用相同的控制参数，也很难取得良好的控制效果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法及系统，解决传统PID控制无法实施调节参数，控制效果差的问题，实现高质量控制。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法，包括1)采集塔顶实际温度和塔底实际温度，并根据塔顶实际温度和塔底实际温度分别与各自设定值计算出误差以及误差的一阶导数；2)将上述两误差和两误差的一阶导数分别送入VOFFLC控制器，进行分数阶模糊控制处理，根据分数阶模糊控制规则自适应的得到相应的控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)，由所述控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)再进行FOPID控制；3)将经FOPID控制后的控制参数进行矩阵解耦，分别得到塔顶回流量和再沸器加热蒸汽量的控制参数。优选的，步骤2)中FOPID控制器中传递函数模块设计过程中的积分环节采用滤波器逼近操作，具体为：对控制器中的微积分算子近似处理，包括以下步骤：2-1)确定近似频段的范围[ωb,ωh]和近似阶次N；2-2)由以下公式计算零极点ω'k,ωk和增益K；其中0＜α＜1,N∈Z；2-3)最后根据下式得出分数阶Laplace算子sα的整数阶有理传递函数的表达形式；2-4)实现从分数阶传递函数到整数阶传递函数的近似后，采用simulink模块封装技术，设计出分数阶传递函数模块。如此可取得更高的精度。优选的，传递函数模块设计过程中还需要通过以下公式重建积分器：式中：λ和μ分别为积分阶次和微分阶次。在实际FOPID控制器的使用过程中，由于积分环节是由滤波器逼近的，λ＜1时并不能完全消除稳态误差，因此，采用上述方式进行重建积分器，来消除稳态误差。一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控系统，包括：VOFFLC控制器，用以分别接受两误差与两误差的一阶导数，并对其进行分数阶模糊控制处理，根据分数阶模糊控制规则自适应的得到相应的控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)，由所述控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)再进行FOPID控制；两误差分别为：塔顶实际温度与设定温度的误差、塔底实际温度与设定温度的误差；矩阵解耦模块，用以将经FOPID控制后的控制参数进行矩阵解耦，分别得到塔顶回流量和再沸器加热蒸汽量的控制参数，控制塔顶回流量和再沸器加热蒸汽量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术采用VOFFLC系统配合矩阵解耦的方式，相对于传统的PID系统多出两个控制参数，可以实现对系统描述能力的提高，并具有高质量的控制性能指标；同时，相比较于现有FLC系统，其具有更强的论域容错性，并达到精确控制；并且相比传统PID控制系统，其对控制参数初值没有要求，可以实现控制参数的自适应；从抗干扰实验数据来看，其还具有较强的抗干扰能力；即采用矩阵解耦VOFFLC系统设计精馏塔MIMO温控方法的控制性能指标最优，同时具有较强的抗干扰能力和自适应水平；采用矩阵解耦VOFFLC系统设计精馏塔MIMO温控系统，将是一个具有前景的工作，为理论研究和工程应用提供了重要价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术中精馏塔控制示意图。图2为本专利技术中矩阵结构VOFFLC控制系统示意图。图3为本专利技术中VOFFLC控制器结构示意图。图4为现有技术中矩阵解耦塔底PID控制模拟结果图。图5为现有技术中矩阵解耦塔底PID控制模拟结果图。图6为本专利技术中矩阵解耦塔底VOFFLC控制模拟结果图。图7为本专利技术中矩阵解耦塔顶VOFFLC控制模拟结果图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术控制的精馏塔结构示意图，以塔底温度作为塔底产品间接质量指标，以塔顶温度作为塔顶产品间接质量指标。通过回流量控制塔顶温度，保证塔顶产品成分；以塔底再沸器加热蒸汽量控制塔底温度，保证塔底产品成分。一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法，包括1)采集塔顶实际温度和塔底实际温度，并根据塔顶实际温度和塔底实际温度分别与各自设定值计算出误差以及误差的一阶导数；采集温度时通过在塔顶和塔底设置温度传感器采集各自的温度；2)将上述两误差和两误差的一阶导数分别送入VOFFLC控制器，进行分数阶模糊控制处理，根据分数阶模糊控制规则自适应的得到相应的控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)，由所述控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)再进行FOPID控制；FOPID控制器中传递函数模块设计过程中的积分环节采用滤波器逼近操作，具体为：采用Oustaloup法对控制器中的微积分算子近似处理，包括以下步骤：2-1)确定近似频段的范围[ωb,ωh]和近似阶次N；2-2)由以下公式计算零极点ω'k,ωk和增益K；其中0＜α＜1,N∈Z；2-3)最后根据下式得出分数阶Laplace算子sα的整数阶有理传递函数的表达形式；2-4)实现从分数阶传递函数到整数阶传递函数的近似后，采用simulink模块封装技术，设计出分数阶传递函数模块；传递函数模块设计过程中还需要通过以下公式重建积分器：...

【技术保护点】
1.一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1)采集塔顶实际温度和塔底实际温度，并根据塔顶实际温度和塔底实际温度分别与各自设定值计算出误差以及误差的一阶导数；/n步骤2)将上述两误差和两误差的一阶导数分别送入VOFFLC控制器，进行分数阶模糊控制处理，根据分数阶模糊控制规则自适应的得到相应的控制参数K＝(K

【技术特征摘要】
1.一种基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)采集塔顶实际温度和塔底实际温度，并根据塔顶实际温度和塔底实际温度分别与各自设定值计算出误差以及误差的一阶导数；
步骤2)将上述两误差和两误差的一阶导数分别送入VOFFLC控制器，进行分数阶模糊控制处理，根据分数阶模糊控制规则自适应的得到相应的控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)，由所述控制参数K＝(Kp,Ki,Kd,λ,μ)再进行FOPID控制；
步骤3)将经FOPID控制后的控制参数进行矩阵解耦，分别得到塔顶回流量和再沸器加热蒸汽量的控制参数。


2.根据权利要求1所述的基于矩阵解耦的精馏塔VOFFLC温控方法，其特征在于，步骤2)中FOPID控制器中传递函数模块设计过程中的积分环节采用滤波器逼近操作，具体为：对控制器中的微积分算子近似处理，包括以下步骤：
2-1)确定近似频段的范围[ωb,ωh]和近似阶次N；
2-2)由以下公式计算零极点ω'k,ωk和增益K；









其中0＜α＜1,N∈Z；

【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，杨瑞洪，
申请(专利权)人：扬州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32