朱燎原, 张小艳, 赵 均, 徐祖华

(浙江大学控制科学与工程学院,工业控制国家重点实验室,杭州 310027)



基于机理模型的精馏塔组分非线性预测控制算法

朱燎原, 张小艳, 赵 均, 徐祖华

(浙江大学控制科学与工程学院,工业控制国家重点实验室,杭州 310027)

当精馏塔存在如进料流量、进料成分扰动,或是负荷发生大范围扰动变化时,常规控制器难以保持控制品质。本文提出了一种基于机理模型的精馏塔组分非线性预测控制方法;针对精馏塔组分不能在线测量的问题设计了扩展卡尔曼滤波器,使用可测的状态温度估计组分,并结合慢频的分析化验值对组分进行联合校正。仿真结果表明了该算法的有效性,在系统存在失配或进料扰动的情况下,可以取得良好的控制效果。

精馏塔; 非线性预测控制; 扩展卡尔曼滤波

精馏是应用广泛的工业分离操作过程,常见于石油化工领域,其控制性能的好坏具有重要意义。进料流量、进料组分、进料温度、出料流量等都是精馏塔中常见的扰动变量,大范围变负荷过程无法用单一线性系统描述,上述问题都增大了控制难度。机理模型能够清晰描述系统的大多数物理量,适用于多种工况,因此机理模型控制算法的研究逐渐成为热点。Roffel等[1]建立了精馏塔的机理模型,并在多变量预测控制中引入系统输入约束,使得整个控制算法更加贴近实际工业生产过程。Skogestad等[2]建立了不同假设、不同适用条件下的精馏塔机理模型,并在机理模型的基础上设计了PID控制器。……