精餾節(jié)能過程的wave非線性動態(tài)建模與非線性控制策略研究.pdf

1、精餾節(jié)能控制一直是國際節(jié)能控制研究的重點和熱點。內(nèi)部熱耦合精餾塔節(jié)能潛力可達常規(guī)精餾塔的30％以上，具有極大的應有前景。由于內(nèi)部熱耦合精餾過程具有強耦合、強病態(tài)、強不對稱性、強反向響應等復雜非線性動態(tài)特性，其控制設計一直是阻礙該高效節(jié)能技術(shù)商業(yè)化的瓶頸問題。目前常規(guī)控制方案如PID，內(nèi)?？刂频燃词鼓軌蚩胤€(wěn)熱耦精餾節(jié)能過程，但控制質(zhì)量不好，特別是在高純時目前已報道的各種控制方案難以適用，究其原因可能在于近似線性模型、基于數(shù)據(jù)辨識的統(tǒng)計模型

2、等不能有效描述熱耦合精餾過程的復雜動態(tài)特性，導致基于傳統(tǒng)模型的各種先控方案對于控制效果的改善也有限。因此本文首先從內(nèi)部熱耦合精餾過程的非線性動態(tài)建模工作做起，然后建立內(nèi)部熱耦合精餾塔和內(nèi)部熱耦合空分塔的非線性控制策略。
　　 論文主要工作與貢獻如下：
　　 1．首次對內(nèi)部熱耦合精餾塔(ITCDIC)的Wave傳播現(xiàn)象進行研究，推導出內(nèi)部熱耦合精餾塔的非恒摩爾流自然波速、激波波速、波形描述函數(shù)等。結(jié)合熱耦合關系，建立內(nèi)部熱

3、耦合精餾塔的完整Wave非線性動態(tài)模型。在Wave分析的基礎上，首次分析研究內(nèi)部熱耦合精餾塔的干擾脈沖傳播特性，并綜合分析內(nèi)部熱耦合精餾塔的不對稱動態(tài)特性、反向響應等獨特動態(tài)特性。
　　 2．基于內(nèi)部熱耦合精餾塔Wave非線性動態(tài)模型以及Wave傳播特性，建立了三種一般模型控制、兩種廣義一般模型控制策略。五種控制策略有效地克服了內(nèi)部熱耦合精餾塔各種傳統(tǒng)控制方案體現(xiàn)出來的控制品質(zhì)不高、魯棒性不強等弊端。五種控制方案都結(jié)合了Wave

4、模型，很好地解決了控制變量之間的耦合關聯(lián)問題，實現(xiàn)了自然解耦。其中，基于振蕩波速的改進廣義一般模型控制方案在不犧牲塔底產(chǎn)品純度的情況下，突破性地將塔頂純度控制設定值提高到超高純領域(99.999％)。
　　 3．首次研究了內(nèi)部熱耦合空分塔(ITCASC)的Wave傳播現(xiàn)象，推導出了內(nèi)部熱耦合空分塔的非恒摩爾流自然波速、激波波速公式。并以液氮液氧的濃度波形為例，分析了內(nèi)部熱耦合空分塔的波形相干性、干擾脈沖傳播等特征．同時，結(jié)合Wa

5、ve理論，對內(nèi)部熱耦合空分塔的非線性動態(tài)特性進行了研究，首次發(fā)現(xiàn)了內(nèi)部熱耦合空分塔強烈的反向響應等動態(tài)特性。
　　 4．基于內(nèi)部熱耦合空分塔的開環(huán)響應特性研究，設計出了兩種不同控制變量組合下的PI控制方案，并進一步設計出了有效的ITCASC一般模型控制方案和非線性模型預測控制方案。研究結(jié)果表明，一般模型控制方案因為模型失配問題，干擾控制效果反而較PI控制效果差；兩種PI控制方案的對比證明采用側(cè)提流量作為控制變量，雖然能減弱控制回