過控課設(shè)精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真-wenkub
2023-02-15 05:38:09 本頁面
【正文】 姓名： 董文杰 學(xué)號： 202130610309 指導(dǎo)老師： 哀薇 日期： 20210707 2 過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計 —— 精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真 一、 研究對象 FB , xBVQHPDGLLDLBFmD , xDmmLQVVRTTSu1 u2Pp 圖 1 精餾塔溫度控制問題 某精餾塔的工藝流程如圖 1 所示，現(xiàn)要求對精餾段溫度 TR和提餾段溫度 TS 都進(jìn)行有效的控制，以確保塔頂和塔底產(chǎn)品的質(zhì)量。 為便于控制方案研究，假設(shè)如下： （ 1） 該精餾塔的靜態(tài)工作點為 T0 = 140 ℃， F0 = 60 T/hr（噸 /小時）， L0 = 20 T/hr，V0 = 15 T/hr， u10 = 25 %， fL0 = 75 %， u20 =25 %， fQ0 = 25 %， Pp0 = MPa，Pt0 = 。 （ 3） 流量測量儀表的動態(tài)滯后忽略不計；而溫度測量環(huán)節(jié)可用帶純滯后的一階環(huán)節(jié)來近似，溫度測量環(huán)節(jié)的一階時間常數(shù) ?RT ， ?sT ，純滯后時間 ＝R? ，＝s? ，單位為分。 （ 6） 對于塔底回流對象，假設(shè)控制通道與擾動通道的動態(tài)特性可表示為 : 1)( )()( 2 22 ????? sT Ksf sQsG S SVHSp，2S2 )( )()( dd KsV sTsG ????。試應(yīng)用單回路、串級、前饋、比值、選擇、 Smith 預(yù)估、解耦等控制方法，設(shè)計至少 2套控制系統(tǒng)，達(dá)到控制精餾塔溫度的目的。具體步驟包括： （ 1） 在對象特性參數(shù)的變化范圍內(nèi)，確定各環(huán)節(jié)對象的傳遞函數(shù)模型，并構(gòu)造SIMULINK 對象模型； （ 2） 引入手動 /自動切換環(huán)節(jié)，在手動狀態(tài)下對控制通道、干擾通道分別進(jìn)行階躍響應(yīng)試驗，以獲得“廣義對象”開環(huán)階躍響應(yīng)曲線； （ 3） 依據(jù) PID 參數(shù)整定 方法，確定各控制器的參數(shù)； （ 4） 在控制系統(tǒng)處于“閉環(huán)”狀態(tài)下，進(jìn)行溫度設(shè)定值跟蹤響應(yīng)試驗、干擾塔底回流量、 Pp 與 F 對系統(tǒng)輸出的擾動響應(yīng)試驗，并獲得相應(yīng)的響應(yīng)曲線； （ 5） 在各控制器參數(shù)均保持不變的前提下，當(dāng)對象特性在其變化范圍內(nèi)發(fā)生變化時，重新進(jìn)行溫度設(shè)定值跟蹤試驗與擾動響應(yīng)試驗，并獲得相應(yīng)的響應(yīng)曲線。 且被控變量 TS、 TR相互耦合。 雖然被控變量之間有耦合，但是兩者之間的耦合強(qiáng)度不強(qiáng)，所以可以不做考慮。 控制器參數(shù)的整定 （ a）控制 TR的控制器 PID1 的參數(shù)為： P=， I=， D= （ b）控制 TS的控制器 PID2 的參數(shù)為： 10 P=， I=， D= 控制系統(tǒng)處于“閉環(huán)” 狀態(tài)下的性能測試 （ a）溫度設(shè)定值跟蹤響應(yīng)試驗（溫度設(shè)定值為 140℃）： 溫度設(shè)定值 TR 響應(yīng)曲線 溫度設(shè)定值 TS 響應(yīng)曲線 （ b）泵出口壓力 PP 對系統(tǒng)輸出的擾動響應(yīng)試驗（開始 40min 后，給階躍信號 +）： 泵出口壓力干擾 TR 響應(yīng)曲線 泵出口壓力干擾 TS 響應(yīng)曲線 （ c）進(jìn)料量 F 對系統(tǒng)輸出的擾動響應(yīng)試驗（開始 40min 后，給 階躍信號 +20T/hr）： 進(jìn)料量干擾 TR 響應(yīng)曲線 進(jìn)料量干擾 TS 響應(yīng)曲線 （ d）塔底回流量 V 對系統(tǒng)輸出的擾動響應(yīng)試驗（開始 40min 后，給階躍信號 +15T/hr）： 11 塔底回流量干擾 TR 響應(yīng)曲線 塔底回流量干擾 TS 響應(yīng)曲線 （ f）三種干擾量同時對系統(tǒng)輸出的擾動響應(yīng)試驗（開始 40min 后，三種干擾量同時給階躍信號）： 三種干擾同時作用 TR 響應(yīng)曲線 三種干擾同時作用 TS 響應(yīng)曲線 由以上圖形比較可以得出結(jié)論：控制系統(tǒng)在“閉環(huán)”狀態(tài)下，溫度設(shè)定值跟蹤響應(yīng)性能好，響應(yīng)時間短；干擾量 PP 與 F 可以通過反饋控制迅速消除，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定；干擾量V是主要干擾量，僅靠反饋控制可以消除，但是超調(diào)量大，調(diào)節(jié)時間長，不利于系統(tǒng)安全。 被控變 量 TR、 TS的控制通道是相互耦合的，當(dāng) TS受到大干擾時，由于耦合作用，同樣會嚴(yán)重影響被控變量 TR。 14 控制方案的工藝控制流程圖 圖 21 控制工藝流程圖 控制系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)方框圖 圖 22 系統(tǒng)仿真方框圖 15 其中，被控變量 TR測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊為： 圖 23 被控變量 TR 測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊 (Gmr) 被控變量 TS測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊為： 圖 24 被控變量 TS 測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊 (Gms) 控制通道與擾動通道的動態(tài)特性傳遞函數(shù)模塊： 圖 25 GR 傳遞函數(shù)模塊 (包含 G1 G21) 圖 26 GS 傳遞函數(shù)模塊 (包含 G1 G22) 進(jìn)料量 F 的干擾通道的傳遞函數(shù)模塊： 16 圖 27 進(jìn)料量 F 的干擾通道的傳遞函數(shù)模塊 解耦環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊： 圖 28 解耦環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)模塊 N(包含 N2 N12) 控制器 PID PID2 都是正作用，都選擇 PID 控制規(guī)律
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