基于NMPC的精餾過程曲線控制策略研究.pdf

1、精餾過程是典型的工業(yè)分離操作過程，常常廣泛應(yīng)用于化工、石油化工、石油等工業(yè)中。精餾過程的塔內(nèi)壓力溫度、塔頂塔底組分等過程變量的控制品質(zhì)是影響控制品質(zhì)和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素。精餾塔是典型的工業(yè)過程生產(chǎn)對象，在負(fù)荷變化和產(chǎn)品組分變化時，會體現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性特性且系統(tǒng)本身帶有約束。此時，傳統(tǒng)的線性預(yù)測控制理論和方法已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)過程的需求，需要采用非線性模型預(yù)測控制算法來對工業(yè)過程進(jìn)行預(yù)測和控制。
　　本文以微分代數(shù)方程(DAE)模型描

2、述的精餾塔為對象，采用基于機(jī)理模型的非線性模型預(yù)測控制算法(NMPC)，研究了變工況（負(fù)荷和進(jìn)料組分變化）情況下精餾塔的非線性控制問題。在控制策略上，從傳統(tǒng)的二元組分控制策略擴(kuò)展到組分profile曲線控制策略，提出了一種組分profile曲線的質(zhì)心控制策略，該算法在算法收斂速度和控制性能上呈現(xiàn)出優(yōu)勢。
　　本文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.在精餾塔的機(jī)理模型方程的基礎(chǔ)上，研究了基于機(jī)理模型的非線性預(yù)測控制算法和求解

3、策略。分析了精餾塔對象優(yōu)化問題描述以及詳細(xì)論述了精餾過程約束。結(jié)合精餾塔機(jī)理模型，對該算法求解策略進(jìn)行了詳細(xì)的說明。
　　2.針對負(fù)荷變化和產(chǎn)品組分變化的情景下，研究了兩種面向組分profile的曲線控制算法:基于組分曲線的預(yù)測控制算法和基于B樣條曲線的預(yù)測控制算法。對三種控制算法（傳統(tǒng)的二元組分控制、基于組分曲線的控制算法和B樣條曲線控制算法）分別在進(jìn)料組分和進(jìn)料量變化下的系統(tǒng)響應(yīng)速度以及控制品質(zhì)進(jìn)行仿真和比較。結(jié)果表明，面向組

4、分profile的曲線控制策略性能要優(yōu)于傳統(tǒng)的二元組分控制策略，而基于組分曲線的預(yù)測控制算法和基于B樣條曲線的預(yù)測控制算法在控制品質(zhì)上沒有體現(xiàn)出太大的差異性。
　　3.針對工況變化時上述控制算法存在收斂速度慢的問題，提出了一種面向profile曲線控制的質(zhì)心控制策略，該算法使用曲線的質(zhì)心來描述整個組分profile曲線。對提出的質(zhì)心控制算法分別在進(jìn)料量和進(jìn)料組分變化的情況下進(jìn)行仿真，并與其它兩種profile曲線控制算法進(jìn)行比較，