基于能效分析的過程控制結(jié)構(gòu)選擇方法研究及應(yīng)用.pdf

1、在實際工業(yè)過程中，大多數(shù)生產(chǎn)過程通常為典型的多輸入多輸出系統(tǒng)。這些被控變量與操作變量之間往往存在著某種程度的相互影響，使各個單回路系統(tǒng)的獨立運行時存在系統(tǒng)間的耦合，有時甚至?xí)茐南到y(tǒng)的正常工作，導(dǎo)致不能投入運行。目前，分散控制系統(tǒng)由于其簡單易維護(hù)的特點而被工業(yè)界廣為應(yīng)用。但分散控制系統(tǒng)應(yīng)用的好壞取決于變量間的耦合強度，因此，必須考慮控制結(jié)構(gòu)選擇問題，即被控變量和操作變量的選擇，以及變量間的配對問題。同時，考慮到控制回路的結(jié)構(gòu)不能只集中在

2、控制回路分析和控制質(zhì)量上，也要考慮能量利用和能量消耗情況。本文將常規(guī)控制結(jié)構(gòu)選擇的定性和定量方法與能效指標(biāo)(炯)相結(jié)合，以常規(guī)二元精餾塔的問題作為控制結(jié)構(gòu)選擇的應(yīng)用對象，加以驗證方法的有效性。主要工作如下:
　　(1)對國內(nèi)外控制結(jié)構(gòu)選擇方法研究進(jìn)行總結(jié)和分類，將控制結(jié)構(gòu)的選擇方法分為基于相對增益矩陣(RGA)及RGA改進(jìn)方法、基于格萊姆(Gramian)的改進(jìn)方法、基于能效分析等定性方法;以及基于系統(tǒng)化優(yōu)化、可控性指標(biāo)優(yōu)化和先進(jìn)

3、控制優(yōu)化等定量方法，并就這兩大類方法技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行評述。
　　(2)融合RGA和相對炯矩陣（REA）兩者的特點，將相對增益矩陣的可控性概念與單元操作控制結(jié)構(gòu)的熱力學(xué)效率相結(jié)合，量化控制結(jié)構(gòu)回路間的耦合性以及熱力學(xué)效率（(炯)效），以選擇具有良好的可操作性以及節(jié)能效果的控制結(jié)構(gòu)。并以苯-甲苯精餾塔為例，通過對精餾塔進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，計算流股炯值，建立三種直接指標(biāo)控制方案的(LV、DV、LB)控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)增益矩陣以及穩(wěn)態(tài)(炯)增

4、益矩陣，再根據(jù)REA和RGA進(jìn)行可控性分析與能效分析，最后使用Aspen Dynamic對三個控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行動態(tài)模擬，考察控制結(jié)構(gòu)的控制性能。研究表明，DV控制方案在消除過程耦合性以及能效利用方面表現(xiàn)更佳。
　　(3)考慮到RGA和REA都是控制結(jié)構(gòu)選擇的定性方法，適用范圍有限，提出了一種基于逆控制過程模型的工藝設(shè)計與控制一體化設(shè)計框架，固定設(shè)計參數(shù)，只對過程的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。優(yōu)化框架中，在考慮使用產(chǎn)品質(zhì)量偏差、操作變量變化量偏差