[发明专利]一种内部热耦合精馏塔超高纯自适应非线性控制系统及方法

摘要

一种内部热耦合精馏塔超高纯自适应非线性控制系统，包括与内部热耦合精馏塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制器和上位机，所述现场智能仪表与存储装置和上位机相连，所述的上位机包括用以计算输出内部热耦合精馏塔控制变量值的超高纯自适应非线性控制器，所述超高纯自适应非线性控制器包括组分推断模块，参数自适应校正模块，超高纯自适应非线性控制律求解模块。也提供了一种内部热耦合精馏塔超高纯自适应非线性控制方法。本发明提供的控制系统及方法能够很好地处理超高纯内部热耦合精馏塔的强非线性特征，具有高效的在线运算速度，并具有非常好的伺服跟踪控制效果，干扰抑制效果。

主权项

1.一种内部热耦合精馏塔超高纯自适应非线性控制系统，包括与内部热耦合精馏塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，所述现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机相连，其特征在于：所述的上位机包括用以计算输出内部热耦合精馏塔控制变量值的超高纯自适应非线性控制器，所述超高纯自适应非线性控制器包括：组分推断模块，用以从现场智能仪表获取温度，压强数据，计算内部热耦合精馏塔各块塔板的组分浓度，并将组分浓度计算结果存储在历史数据库当中，采用式(1)(2)得到：Xj=Pr×α×10Tj+cb-a-1α-1]]>j＝1，2，……，f-1    (1)Xj=Ps×α×10Tj+cb-a-1α-1]]>j＝f，f+1，……，n    (2)其中，下脚标j为塔板编号，1为塔顶编号，f为进料板编号，n为塔底编号，X_j为第j块塔板的液相轻组分浓度，P_r精馏段压强、P_s为提馏段压强，T_j为第j块塔板的温度，α为相对挥发度，a、b、c为安东尼常数；参数自适应校正模块，用以实现模型参数的在线更新，在线拟合模型函数如下：X^j=Xr1+Xr2-Xr11+e-kr(j-Sr)]]>j＝1，2，……，f-1    (3)X^j=Xs1+Xs2-Xs11+e-ks(j-Ss)]]>j＝f，f+1，……，n    (4)其中，为第j块塔板处液相组分浓度预估浓度，X_r1、X_r2、k_r、X_，s1、X_s2、k_s为拟合参数，S_r、S_s分别为内部热耦合精馏塔精馏段，提馏段液相组分浓度分布的位置；超高纯自适应非线性控制律求解模块，用以根据当前组分浓度数据和当前时刻操作变量值求取当前的控制变量变化率，采用式(5)-(21)得到j＝1或n    (5)j＝1或n    (6)j＝1或n    (7)j＝1或n    (8)Kvj=(Xr2-Xr1)-kre-kr(j-Sr)[1+e-kr(j-Sr)]2]]>j＝1或n    (9)Kvj=(Xs2-Xs1)-kse-ks(j-Ss)[1+e-ks(j-Ss)]2]]>j＝1或n    (10)Kqj=UA×b(a-lnPvp,j)2(Xj+(1-Xj)/α)---(20)]]>j＝1，2，…，f-1    (21)其中，X_j为第j块塔板的液相轻组分浓度，X_j^*为第j块塔板的液相轻组分浓度的设定值，分别为第j块板塔的液相轻组分浓度的一次二次导数，Kv_j为第j块塔板波速系数，为波速系数导数，Q_j为第j块塔板之间的热耦合量，分别为第j块板塔、第j+f-1块板塔的热耦合量的导数，λ为汽化潜热，Kq_j和Bq_j为中间变量，UA为传热速率，H为持液量，F为进料流率，Z_f为进料组分浓度，V₁、V₂、V_n分别为塔顶、第2块板塔和塔底的汽相流率，L₁、L_n-1、L_n分别为塔顶、第n-1块塔板和塔底的液相流率，为塔顶的液相流率的导数，分别为塔顶、第2块板塔和塔底的汽相流率的导数，P_vp，j、P_vp，j+f-1分别为第j块塔板、第j+f-1块板塔的饱和蒸汽压，X₁、X_j+f-1、X_n-1、X_n分别为塔顶、第j+f-1块板塔、第n-1块塔板和塔底的液相轻组分浓度，Y₁，Y_n分别为塔顶和塔底的汽相轻组分浓度，X₁^*、X_n^*分别为塔顶和塔底的液相轻组分浓度设定值，k_j0、k_j1、k_j2为控制律参数，k′_j0、k′_j1、k′_j2分别为控制律参数的导数，q为进料热状况，P_r为当精馏段压强，分别为内部热耦合精馏塔控制变量即进料热状况和精馏段压强的变化率。