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，常常廣泛應用于化工、石油化工、石油等工業(yè)中。精餾過程的塔內壓力溫度、塔頂塔底組分等過程變量的控制品質是影響控制品質和產(chǎn)品質量的關鍵因素。精餾塔是典型的工業(yè)過程生產(chǎn)對象，在負荷變化和產(chǎn)品組分變化時，會體現(xiàn)出強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測控制算法來對工業(yè)過程進行預測和控制。
　　本文以微分代數(shù)方程(DAE)模型描

2、述的精餾塔為對象，采用基于機理模型的非線性模型預測控制算法(NMPC)，研究了變工況（負荷和進料組分變化）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展到組分profile曲線控制策略，提出了一種組分profile曲線的質心控制策略，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)新點如下:
　　1.在精餾塔的機理模型方程的基礎上，研究了基于機理模型的非線性預測控制算法和求解

3、策略。分析了精餾塔對象優(yōu)化問題描述以及詳細論述了精餾過程約束。結合精餾塔機理模型，對該算法求解策略進行了詳細的說明。
　　2.針對負荷變化和產(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:基于組分曲線的預測控制算法和基于B樣條曲線的預測控制算法。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）分別在進料組分和進料量變化下的系統(tǒng)響應速度以及控制品質進行仿真和比較。結果表明，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測控制算法和基于B樣條曲線的預測控制算法在控制品質上沒有體現(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曲線控制的質心控制策略，該算法使用曲線的質心來描述整個組分profile曲線。對提出的質心控制算法分別在進料量和進料組分變化的情況下進行仿真，并與其它兩種profile曲線控制算法進行比較，