[发明专利]二元精馏塔的耦合分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及自动控制领域，具体涉及一种针对二元精馏塔的耦合分析系统。

背景技术

精馏是化工工业和炼油工业中，应用广泛的传质过程。其目的是将混合液中的各组分进行分离，使混合液达到所规定的纯度。精馏塔是石化生产系统中最重要的环节之一，针对其的控制分析是控制领域重要的热点之一。二元精馏塔，是最基本也是最常用的精馏装置，其可实现两组分的分离功能。但在实际工业背景中，如图1所示的二元精馏塔控制模型图，待精馏组分经过精馏塔的控制被分离成重组分和轻组分。各控制变量间通常具有强耦合性，至少控制困难度较高，而传统的耦合分析方法是利用动态参数与静态参数结合以获取相对增益矩阵。该方法虽然计算过程简便，但不能完全的获取系统全局的耦合性，且动态参数的获取困难，不易于控制工程师的使用。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的是提供一种针对二元精馏塔可以在时域内获得全局的耦合性分析系统，方便控制工程师的使用。

根据本发明的一种实施方式，二元精馏塔耦合分析系统，包括：

辨识单元，用于根据所需辨识的二元精馏塔的输入和输出，辨识出二元精馏塔的传递函数；

耦合分析单元，根据耦合分析方法对所述系统辨识单元辨识出的传递函数进行耦合分析从而计算出耦合度；

数据输出单元，用于将所述耦合分析单元的耦合度输出以时域输出。

所辨识的二元精馏塔系统2输入2输出的模型传递函数模型为

其中耦合分析单元，计算式为

其中当闭环滞后大于开环滞后(即τ_i,l≠j+τ_k≠i,j＞τ_ij时)，耦合度在[0,τ_i,l≠j+τ_k≠i,j]为零；

而闭环滞后小于开环滞后(即τ_i,l≠j+τ_k≠i,j＜τ_ij)时，在[0,τ_ij]，使用代替

一种二元精馏塔耦合分析系统，其特征在于，包括：

辨识单元，用于根据所需辨识的二元精馏塔的输入和输出，辨识出二元精馏塔的传递函数；

耦合分析单元，根据耦合分析方法对所述系统辨识单元辨识出的传递函数进行耦合分析从而给出耦合度；

数据输出单元，用于将所述耦合分析单元的耦合度输出。

其中，所述耦合分析系统目标对象为二元精馏塔模型，所述二元精馏塔模型为2输入2输出的模型，所述二元精馏塔模型的传递函数为：

其中，为G(s)第j个输出到第i个输入的传递函数，τ_ij≥0为该第i个输入到第j个输出的通道的时滞，i＝1，2，j＝1，2；

其中，所述系统辨识单元具体用于利用最小二乘法来辨识所述二元精馏塔模型的传递函数。

进一步，所述耦合分析单元具体用于根据以下公式确定所述传递函数的耦合度：

其中I_ij(t)为所述传递函数G_ij(s)的耦合度；为传递函数G_ij(s)的单位阶跃响应；L^-1为拉普拉斯反变换。

进一步，所述耦合分析单元具体用于根据以下公式确定所述传递函数的耦合度：

当闭环滞后大于开环滞后时，所述耦合度在[0,τ_i,l≠j+τ_k≠i,j]为零；

当开环滞后大于闭环滞后时，在[0,τ_ij]，使用代替

其中G_ij为根据所述系统辨识单元辨识出的传递函数；

其中Δ为所述系统辨识单元的采样时间；

其中闭环滞后为所述耦合度计算式分子滞后τ_i,l≠j+τ_k≠i,j，开环滞后为所述耦合度计算式分子滞后τ_ij。

进一步，所述数据输出单元具体用于在横纵坐标系的纵坐标上输出所述耦合度，并在所述横纵坐标系的横坐标上输出所述耦合度对应的时间域。

耦合分析单元的计算流程图如图所示。

数据输出单元，为方便控制工程师使用，以时域表示。

附图说明

图1是精馏塔工艺流程图；

图2是单位阶跃响应示意图；

图3是二元精馏塔耦合分析系统的示意图；