過控課設(shè)精餾塔溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真-全文預(yù)覽
【正文】 信號 +15T/hr）： 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 通過以上圖形，可以看出：塔頂回路可以維持穩(wěn)定，但是對于塔底回路來說， 無論是溫度設(shè)定值跟蹤響應(yīng)曲線還是擾動(dòng)響應(yīng)曲線，都發(fā)生強(qiáng)烈的振蕩?？刂菩盘?、干擾量都只對其控制通道有作 19 用。對于塔頂回路，干擾量影響不大，采用單回路反饋控制，即可以達(dá)到控制要求。所以在各控制器參數(shù)均保持不變的前提下，當(dāng)對象特性在發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)將不穩(wěn)定，即每當(dāng)對象特性發(fā)生變化時(shí)，我們都要進(jìn)行 PID 整定，才能維持系統(tǒng)的穩(wěn)定。 控制方案的工藝控制流程圖 5 圖 11 控制工藝流程圖 控制系統(tǒng)方框圖 系統(tǒng)方框圖 圖 12 系統(tǒng)仿真方框圖 6 其中，被控變量 TR測量環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)模塊為： 圖 13 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 14 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(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性傳遞函數(shù)模塊： 圖 15 GR 傳遞函數(shù)模塊 (包含 G1 G21) 圖 16 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： 7 圖 17 進(jìn)料量 F 的干擾通道的傳遞函數(shù)模塊 控制器 PID PID2 都是正作用，都選擇 PID 控制規(guī)律。第一種，忽略耦合的影響，在每條控制回路上加上反饋控制，構(gòu)成單回路反饋控制；第二種，對耦合系統(tǒng)先進(jìn)行解耦，分別采用單回路反饋控制回路。 三、 控制方案 精餾塔溫度控制的開環(huán)回路如下圖所示： 溫度控制開環(huán)回路 由圖我們可知，被控變量 TS、 TR控制回路都存在兩種主要干擾。 確定所用控制器的正反作用，畫出控制系統(tǒng)完整的方框圖（需注明方框圖各環(huán)節(jié)的輸入輸出信號），并選擇合適的 PID 控制規(guī)律。 （ 7） 對于溫度對象，假設(shè)控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性可表示為 1221 2211 1211 1221 2221 221111sRssSkk eT s T sGG kkeeT s T s??????????????????? ????? ； ? ? ? ?ssT KsF sTsG RdRd RdRRd ??????? e xp1)( )()( 1 1； ? ? ? ?ssT KsF sTsG SdSd SdSSd ??????? e xp1)( )()( 1 1 其中對象特性參數(shù)均可能在以下范圍內(nèi)變化： ],[11 ???K ℃ /(T/hr)，],[12 ?K ℃ /(T/hr)， ],[21 ?K ℃ /(T/hr)， ],[22 ?K ℃ /(T/hr)，],[11 ?T 分， ],[12 ?T 分， ],[21 ?T 分， ],[22 ?T 分，],[12 ?? 分， ],[21 ?? 分， ],[22 ?? 分；],[1 ???RdK ℃ /(T/hr)， ],[1 ?RdT 分， ],[?Rd? 分，],[1 ???SdK ℃ /(T/hr)， ],[1 ?SdT 分， ],[?Sd? 分。 （ 5） 對于塔頂冷回流對象，假設(shè)控制通道與擾動(dòng)通道的動(dòng)態(tài)特性可表示為： 1)( )(L)( 2 2R ????? sT Ksf ssG R RLp，2R2 )( )()( dpRd KsP sLsG ????。 （ 2） 精餾段和提餾段溫度的測量范圍都為 0 ~ 200 ℃，進(jìn)料量 F的測量范圍為 0 ~ 100 T/hr，塔頂冷回流量 L的測量范圍為 0 ~ 50 T/hr，塔底回流量 V的測量范圍為 0 ~ 25 T/hr。 u1為調(diào)節(jié)閥 VL 的相對輸入信號， u2為調(diào)節(jié)閥 VQ的相對輸入信號（以 DDZ III 型為例，當(dāng)輸入電流為 4 mA 時(shí)，對應(yīng)相對輸入信號為 0 %；當(dāng)輸入電流為 20 mA 時(shí)，對應(yīng)相對輸入信號為 100 %）， P 為精餾塔頂壓力，其變化可基本忽略， Pp 為泵出口壓力， Pp 受塔頂產(chǎn)品調(diào)節(jié)閥 VD開度的影響，變化范圍較大。圖 1 中， F 為進(jìn)料量，它受上游流程控制，為精餾塔溫度的主要干擾之一，其它干擾包括進(jìn)料組成與溫度變化、塔底蒸汽量變化、塔頂回流冷凝后溫度變化等； L 為塔頂冷回流量，擬作為精餾段溫度 TR的控制手段；塔底蒸汽量 QH 擬作為提餾段溫度 TS 的控制手段。這 里， fQ為調(diào)節(jié)閥 VQ 相對流通面積， fL 為調(diào)節(jié)閥 L 相對流通面積。 （ 4） 考慮到精餾塔操作的安全性，控制閥 VL 選用氣關(guān)閥，控制閥 VQ 選用氣開閥，假 3 設(shè)控制閥都為線性閥，其動(dòng)態(tài)滯后忽略不計(jì)，動(dòng)態(tài)特性可表示為 1)( )()( 1 ????? su sfsG LL ， 1)( )()( 2 ???? su sfsG 。 其中 )(sfV? 為控制閥 VR 相對流通面積的變化量， %； TS2 基本不變，這里設(shè) ?ST 分； KS KSd2 在一定范圍內(nèi)變化，這里設(shè) KS KSd2 的變化范圍分別為 ],[2 ?SK (T/hr)/%； ]25,10[2 ?SdK T/hr。 對于每一套控制方 案，具體要求： 說明所采用的控制方案以及采用該方案的原因，并在工藝流程上表明該控制系統(tǒng)。 根據(jù)不同控制方案的閉環(huán)響應(yīng)曲線，比較控制性能（包括是否穩(wěn)定、衰減比、超調(diào)量、過渡過程時(shí)間等）。為此，我設(shè)計(jì)了兩種方案來實(shí)現(xiàn)控制精餾塔的溫度。從傳遞函數(shù)可以 看出，干擾量對于被控變量的影響不是很大，可以采取直接反饋回路消除。 變換對象特性傳遞函數(shù)，測定系統(tǒng)“閉環(huán)”動(dòng)態(tài)性能 R L ( ) 0 .2() ( ) 0 .4 1p L sGs f s s?????，2 ()(
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