【正文】 的控制通道的放大系數(shù)較大，時間常數(shù)較小，滯后時間較小[15]。在控制器類型確定后，分析和研究控制系統(tǒng)的主要目的之一是獲得控制器的最佳整定參數(shù)。前者可對系統(tǒng)建立用微分方程或差分等描述的數(shù)學模型，并將其放在計算機上進行試驗；后者面對的是由某種隨機事件驅(qū)動引發(fā)狀態(tài)變化的系統(tǒng)的數(shù)學模型并將它放在計算機上進行實驗。 盡管MATLAB開始并不是為控制理論與系統(tǒng)的設計者們編寫的，但以它“語言”化的數(shù)值計算、強大的矩陣處理及繪圖功能、靈活的可擴充性和產(chǎn)業(yè)化的開發(fā)思路很快就為自動控制界研究人員所矚目。既可以以純圖形方式輸入,也可以以純文本方式來輸入。用戶也可以定制和創(chuàng)建用戶自已的模塊。建立了精餾塔的動態(tài)仿真數(shù)學模型；然后，將該模型應用于實際連續(xù)多相精餾塔，并編程進行了仿真，通過改變精餾塔迸料流量、進料組成、加熱蒸汽量和回流比等操作變量對該塔進行擾動實驗，得到一系列精餾塔組分濃度變化的過渡過程曲線，從而了解該塔的動態(tài)特性。第6章 結(jié) 論 研究精餾塔的精餾塔精餾原理，分析精餾段工藝流程，選取出口流量作為被控對象選出被控對象，這些都是很容易從書本中找到根據(jù)，本課題研究的是精餾塔精餾段溫度控制，所以把塔頂溫度T作為被控變量；在選取溫度作為被控變量后到操縱變量的選取，這一過程從分析被控對象的特性和結(jié)合精餾塔的流程圖，塔出口流量和回流量都對被控對象影響很大，接著根據(jù)課題選取間接控制方案，排除塔出口流量作為操縱變量，最后選取回流量作為操縱變量，得出系統(tǒng)控制方框圖；根據(jù)精餾塔物料平衡和能量平衡，求解被控對象模型；分析被控對象的特性，查閱控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題選取控制算法，調(diào)節(jié)控制參數(shù)進行系統(tǒng)仿真，繼而控制系統(tǒng)性能。在整個的論文寫作中，各位老師、同學和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個論文。t be altered), there are procedures of application (users) which users developed by oneself. The systematic procedure offers operation platform, meanwhile, operate for PLC procedure reliably and the signal and information change essential public processing. User39?？傊?，此次論文的寫作過程，我收獲了很多。 論文得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感謝的是我的指導老師解麗華老師，因為論文是在解麗華老師的悉心指導下完成的。 無干擾串級控制仿真曲線：系統(tǒng)的超調(diào)量δ=8％,調(diào)整時間Ts=現(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用：?保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應曲線如下：參數(shù)：Kp1=120, Ki= ，Kd=200，Kp2= P值不同的無干擾串級控制仿真曲線：系統(tǒng)的超調(diào)量δ=30％，調(diào)整時間Ts=：不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應曲線，隨著K的增大，最大動態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。菜單方式對于交互工作非常方便,而命令行方式對于運行一類仿真非常有用。因此可以不難理解它自推出以后,就一直受到歐美和日本等國家或地區(qū)的控制界學者的青睞。很明顯,這種做法使得一個很復雜系統(tǒng)的輸入變得相當容易?；旌戏抡嬗址Q物理數(shù)學仿真，它是把數(shù)學仿真，物理仿真和實體結(jié)合起來，也就是將系統(tǒng)的一部分描述成數(shù)學模型，放入計算機，而其余部分則構(gòu)建其物理模型或直接采用實體，組成一個復雜的仿真系統(tǒng)。因此，仿真就是用模型代替實際系統(tǒng)進行試驗和研究，它所遵循的基本原則是相似原理，即幾何相似,環(huán)境相似和性能相似。 液位計選用單溶液位計傳遞函數(shù)是一階慣性環(huán)節(jié)，干擾在此可忽略。V為體積，；為流入各物料的體積流量，；為流入各物料的密度，；為流出各物料的體積流量，；為流出各物料的密度。一般的經(jīng)驗建模方法是根據(jù)實測數(shù)據(jù)，按照某種性能指標從一組模型中選擇一個最大化（最小化）該性能指標的模型作為過程的經(jīng)驗模型，因此經(jīng)驗建模通常包括三個基本要素：輸入輸出數(shù)據(jù)；一組候選的模型集。在滿足模型應用要求的前提下，根據(jù)對建模對象的了解以及模型使用的目的，進行一些近似處理，把次要因素忽略掉。 (5)工業(yè)過程的故障檢測與診斷。 系統(tǒng)建模主要用于3個方面對于同一個實際系統(tǒng)，人們可以根據(jù)不同的用途和目的建立不同的模型。數(shù)學仿真比物理仿真簡單、易行。第三，可以作為某事物的數(shù)學語言，可以譯成算法語言，編寫程序進入計算機。模型的實質(zhì)是對現(xiàn)實原型的一種抽象或模仿。通過建立數(shù)學模型,可以充分發(fā)揮數(shù)學科學解決實際問題的服務功能，體現(xiàn)出數(shù)學的真正意義。本文針對這個問題，提出采用主控回路和副控回路相配合的溫度串級控制系統(tǒng)，主回路控制器采用PID控制算法，副回路采用P控制算法，最大可能的滿足控制系統(tǒng)的要求。副被控參數(shù)的設置是為了克服主要干擾對主參數(shù)的影響，因而可以允許在一定范圍的變化，并允許有靜差。 （6）主被控對象 當蒸汽流量增加時，精餾段溫度升高，因此，Kp10。 精餾塔精餾段控制的過程分析我們的控制目的是使塔溫保持恒定，現(xiàn)選用精餾段的溫度, 與回流量來構(gòu)成串級隨動控制。在一定塔壓下，溫度與成分之間仍有較好的對應關(guān)系。 （4）能夠更精確控制操縱變量的流量。 （1）抗干擾性強。作用在外環(huán)的擾動稱為一次擾動，作用在內(nèi)環(huán)的擾動稱為二次擾動[6]。串級控制系統(tǒng)為雙閉環(huán)或多閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)環(huán)為副控對象，外環(huán)為主控對象。 （1）采用產(chǎn)品成分作為直接質(zhì)量指標 以產(chǎn)品成分的檢測信號直接用作質(zhì)量控制的被控信號，應該說是最為理想的。結(jié)果是重組分被帶到塔頂，塔頂產(chǎn)品的質(zhì)量不合格。 （6）塔頂冷劑量的大小對精餾塔精餾段操作的影響對采用內(nèi)回流操作的塔，其冷劑量的大小，對精餾操作的影響比較顯著；同時也是影響回流量波動的主要因素。例如：在進料溫度過低，塔釜的加熱蒸汽量沒有富裕的情況下，將會使塔底餾分中輕組分含量增加。此時，全塔溫度下降，塔壓升高。 進料成分影響物料平衡和能量平衡，但進料成分通常不可控，多數(shù)情況下也難于測量。④塔壓的波動這將引起溫度和組成間對應關(guān)系的混亂。塔壓波動對塔的操作將產(chǎn)生如下的影響。所謂液泛限，也稱氣相速度限，即塔內(nèi)氣相速度過高時，霧沫夾帶十分嚴重，實際上液相將從下面塔板倒流到上面塔板，產(chǎn)生液泛，破壞正常操作。具體對一個精餾塔來說，需從四個方面考慮，設置必要的控制系統(tǒng)。對于苯甲苯溶液，~（表壓）。但在塔徑相同的情況下，適當?shù)靥岣卟僮鲏毫梢蕴岣咚奶幚砟芰ΑＲ合嗷旌衔锞蛷乃滓徊糠诌M入到塔底產(chǎn)品冷卻器中，一部分進入再沸器，在再沸器中被加熱到泡點溫度重新回到精餾塔。甲苯帶有一種特殊的芳香味（與苯的氣味類似），在常溫常壓下是一種無色透明，清澈如水的液體，密度為0．866克／厘米3，對光有很強的折射作用（折射率：1,4961）?；亓髦饕a充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進行的必要條件。并和精餾塔內(nèi)上升的蒸汽在各層塔板上進行充分接觸，從而進行傳熱、傳質(zhì)過程：③向F流的液體到達塔釜之后，部分被連續(xù)引出從而成為塔底產(chǎn)品。本設計所選的苯甲苯精餾塔為浮閥板式塔，浮閥塔盤操作時的氣液流程和泡罩塔相似；蒸氣自閥孔上升，頂開閥片，穿過環(huán)形縫隙，以水平方向吹入液層，形成泡沫。因此浮閥塔盤的生產(chǎn)能力可比圓形泡罩塔盤提高20％～40％。浮閥塔是在泡罩塔的基礎上發(fā)展起來的，它主要的改進是取消了升氣管和泡罩，在塔板開孔上設有浮動的浮閥，浮閥可根據(jù)氣體流量上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這可以減少基建過程中的投資費用。在較大的氣（汽）液流速下，仍不致發(fā)生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現(xiàn)象。 （5）人孔和手孔 人孔和手孔一般都是為了安裝、檢修檢查和裝填填料的需要而設置的。 （2）塔體支座 塔體支座是塔體安放到基礎上的連接部分。人們又按板式塔的塔盤結(jié)構(gòu)和填料塔所用的填料，細分為多種塔型。 苯甲苯精餾塔的分類及一般構(gòu)造 苯甲苯精餾塔經(jīng)過長期發(fā)展，形成了型式繁多的結(jié)構(gòu)，以滿足各方面的特殊需要。首先，本文簡述了精餾塔的一些基本概述以及本設計所選的精餾塔的塔型；其次，熟悉板式精餾塔分離苯甲苯的工作原理及工藝流程，通過對精餾塔精餾段的控制分析，綜合控制要求和擾動等各方面因素考慮，采用溫度作為間接質(zhì)量指標；再次，由于精餾塔屬于多輸入多輸出、大滯后和擾動較大的系統(tǒng)，簡單控制系統(tǒng)就很難控制，無法滿足控制系統(tǒng)的控制要求，而串級控制系統(tǒng)在改善復雜控制系統(tǒng)的控制指標方面具有較大的優(yōu)勢，所以本文采用串級控制系統(tǒng)來對精餾塔精餾段的溫度進行控制；最后，建立控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，通過MATLAB進行仿真，對精餾塔精餾段中的控制方案進行分析，得出結(jié)論。蒸發(fā)出的氣相與下降液進行逆流接觸，兩相接觸中，下降液中的易揮發(fā)(低沸點)組分不斷地向氣相中轉(zhuǎn)移，氣相中的難揮發(fā)(高沸點)組分不斷地向下降液中轉(zhuǎn)移，氣相愈接近塔頂，其易揮發(fā)組分濃度愈高，而下降液愈接近塔底，其難揮發(fā)組分則愈富集，從而達到組分分離的目的。精餾塔的控制直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量和能量消耗，因此精餾塔的自動控制問題長期以來一直受到人們的高度重視[1]。精餾過程是由精餾裝置來實現(xiàn)的，精餾裝置一般是由精餾塔、再沸器（重沸器）、冷凝冷卻器、回流罐及回流泵等組成。由塔頂上升的氣相進入冷凝器，冷凝的液體的一部分作為回流液返回塔頂進入精餾塔中，其余的部分則作為餾出液取出。第1章 苯甲苯精餾塔概述 苯甲苯精餾塔在化工生產(chǎn)中的作用和地位 精餾塔是化工、石油化工和煉油等生產(chǎn)中最重要的設備之一。為了便于研究和比較，人們從不同的角度對苯甲苯精餾塔進行分類。裝有機械運動構(gòu)件的塔，也就是有補充能量的塔，常被用來進行萃取操作，液有用于吸收、除塵等操作的，其中以脈動塔和轉(zhuǎn)盤塔用得較多。它必須保證塔體坐落在確定的位置上進行正常的操作。在板式塔和填料塔中，各有不同的設置要求。 （2） 操作穩(wěn)定、彈性大。 （5） 耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設備造價等方面比泡罩塔優(yōu)越。 （2） 操作彈性大 浮閥可在一定范圍內(nèi)自由升降以適應氣量的變化，而氣縫速度幾乎不變，因之能在較寬的流量范圍內(nèi)保持高效率。浮閥能夠隨著氣速的增減在相當寬廣的氣速范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)、升降，以保持穩(wěn)定操作。部分經(jīng)加熱汽化之后又返回到精餾塔中；④精餾塔內(nèi)的上升蒸汽依次經(jīng)過全部塔板，從而使蒸汽中的易揮發(fā)組分的濃度逐漸增高，上升至塔頂?shù)恼羝诶淠髦斜焕淠蔀橐后w，經(jīng)過回流泵和回流罐之后，部分被連續(xù)引出從而成為塔頂產(chǎn)品，部分則作為塔內(nèi)冷卻液而被引回至頂部塔板上，這一過程稱為回流[2]。精餾是一種利用回流使混合液得到高純度分離的蒸餾方法。甲苯幾乎不溶于水(0,52 g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多數(shù)其他常用有機溶劑中也有很好的溶解性。塔里的混合物不斷重復前面所說的過程，而進料口不斷有新鮮原料的加入。有時應用加壓蒸餾的原因，則在于提高平衡溫度后，便于利用蒸汽冷凝時的熱量，或可用較低品位的冷卻劑使蒸汽冷凝，從而減少蒸餾的能量消耗。第3章 精餾塔精餾段溫度控制方案設計 概述 精餾塔的控制直接影響到工廠產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和能量的消耗，因此精餾塔的自動控制長期以來一直受到人們的高度重視。 （1）產(chǎn)品質(zhì)量控制塔頂產(chǎn)品合乎規(guī)定的純度，塔底成品維持在規(guī)定的范圍內(nèi)。漏液限也稱最小氣相速度限，當氣相速度小于某一值時，將產(chǎn)生塔板漏液，板效率下降。①影響產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡改變操作壓力，將使每塊塔板上汽液平衡的組成發(fā)生改變。我們在操作中經(jīng)常以溫度作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的間接標準，但這只有在塔壓恒定的前提下才是正確的。因此，控制策略是盡量控制上一工序的操作，從外圍著手，使進料成分能夠保持恒定，減小其變化對精餾塔操作的影響。組成變重，情況相反。 進料溫度的的改變，意味著進料狀態(tài)的改變，而進料狀態(tài)的改變將影響精餾段、提餾段負荷的改變，進而產(chǎn)品質(zhì)量、物料平衡都將發(fā)生改變。 對于采用外回流的塔，同樣會由于冷劑量的波動，在不同程度上影響精餾塔的操作。 在強制回流的操作中，如果進料量不變，塔頂采出量突然增大，則易造成回流液槽抽空。過去，因成分參數(shù)在檢測上的困難，難以直接對產(chǎn)品成分信號進行質(zhì)量控制。內(nèi)環(huán)的作用是將外部擾動的影響在內(nèi)環(huán)進行處理，而盡可能不使其波動到外環(huán)，這就加快了系統(tǒng)的快速性并提高了系統(tǒng)的品質(zhì)，因此串級控制系統(tǒng)中選擇內(nèi)環(huán)時應考慮其響應速度要比外環(huán)響應速度快得多。 串級控制系統(tǒng)方框圖與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制在結(jié)構(gòu)上增加量一個副控回路，正是由于副控回路的存在，使串級控制具有自己的特點。由于主回路的存在，進入副回路的干擾影響大為減小。當副被控變量是流量時，未引入流量副回路，控制閥的回差、閥前壓力的波動都會影響到操縱變量的流量，使它不能與主控制器輸出信號保持嚴格的對應關(guān)系。誤差較小。圖中TC表示溫度調(diào)節(jié)器，LC表示量調(diào)節(jié)器液位調(diào)節(jié)器，TC通常按PID調(diào)節(jié)規(guī)律，流量調(diào)節(jié)器按P調(diào)節(jié)規(guī)律。 （7）主控制器 為保證負反饋，應滿足Kp1Kc1Km10，因Km10，應選Kc10，即選用反作用控制器。為此，副控制器選擇P控制規(guī)律。第4章 控制系統(tǒng)的建模 工業(yè)過程的數(shù)學模型可分為動態(tài)數(shù)學模型和靜態(tài)（穩(wěn)態(tài)）數(shù)學模型，動態(tài)數(shù)學模型是表示輸出變量與輸入變量之間隨時間而變化的動態(tài)關(guān)系的數(shù)學描述。建立系統(tǒng)模型的過程。這種抽象或模仿自然要抓住原型的本質(zhì),拋棄原型中的次要因素。 數(shù)學模型分類有以下幾種： 按數(shù)學模型的功能可分為定量和定性的。用數(shù)學仿真來分析和設計一個實際系統(tǒng)時，必須有一個描述系統(tǒng)特征的模型。但建立的任何模型都只是實際系統(tǒng)原型的簡化，因為既不可能也沒必要把實際系統(tǒng)的所有細節(jié)都列舉出來。 (6)設備啟動與停車的操作方案。