过控课设精馏塔温度控制系统设计与仿真.doc

《过控课设精馏塔温度控制系统设计与仿真.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、自动化工程与科学学院过程控制系统与仪表课程设计——精馏塔温度控制系统设计与仿真班级：11级自动化2班姓名：董文杰学号：9指导老师：哀薇日期：过程控制系统课程设计——精馏塔温度控制系统设计与仿真一、研究对象图1精馏塔温度控制问题某精馏塔的工艺流程如图1所示，现要求对精馏段温度TR和提馏段温度TS都进行有效的控制，以确保塔顶和塔底产品的质量。图1中，F为进料量，它受上游流程控制，为精馏塔温度的主要干扰之一，其它干扰包括进料组成与温度变化、塔底蒸汽量变化、塔顶回流冷凝后温度变化等；L为塔顶冷回流量，拟作为精馏段温度TR的控制手段；塔底蒸汽量QH拟作为提馏段温度TS的控制手段。u1

2、为调节阀VL的相对输入信号，u2为调节阀VQ的相对输入信号（以DDZIII型为例，当输入电流为4mA时，对应相对输入信号为0%；当输入电流为20mA时，对应相对输入信号为100%），P为精馏塔顶压力，其变化可基本忽略，Pp为泵出口压力，Pp受塔顶产品调节阀VD开度的影响，变化范围较大。图1中Lm、Vm、Fm分别为L、V、F的测量值。为便于控制方案研究，假设如下：（1）该精馏塔的静态工作点为T0=140℃，F0=60T/hr（吨/小时），L0=20T/hr，V0=15T/hr，u10=25%，fL0=75%，u20=25%，fQ0=25%，Pp0=0.9MPa，Pt0=0.8

3、6MPa。这里，fQ为调节阀VQ相对流通面积，fL为调节阀L相对流通面积。（2）精馏段和提馏段温度的测量范围都为0~200℃，进料量F的测量范围为0~100T/hr，塔顶冷回流量L的测量范围为0~50T/hr，塔底回流量V的测量范围为0~25T/hr。L、V、F的测量值：Lm、Vm、Fm均用%来表示，即Lm、Vm、Fm的最小值为0，最大值为100。（3）流量测量仪表的动态滞后忽略不计；而温度测量环节可用带纯滞后的一阶环节来近似，温度测量环节的一阶时间常数，，纯滞后时间，，单位为分。（4）考虑到精馏塔操作的安全性，控制阀VL选用气关阀，控制阀VQ选用气开阀，假设控制阀都为线性

4、阀，其动态滞后忽略不计，动态特性可表示为，。（1）对于塔顶冷回流对象，假设控制通道与扰动通道的动态特性可表示为：，。其中为控制阀VL相对流通面积的变化量，%；TR2基本不变，这里设分；KR2、KRd2在一定范围内变化，这里设KR2、KRd2的变化范围分别为(T/hr)/%；(T/hr)/MPa。（2）对于塔底回流对象，假设控制通道与扰动通道的动态特性可表示为:，。其中为控制阀VR相对流通面积的变化量，%；TS2基本不变，这里设分；KS2、KSd2在一定范围内变化，这里设KS2、KSd2的变化范围分别为(T/hr)/%；T/hr。（3）对于温度对象，假设控制通道与扰动通道的动

5、态特性可表示为；；其中对象特性参数均可能在以下范围内变化：℃/(T/hr)，℃/(T/hr)，℃/(T/hr)，℃/(T/hr)，分，分，分，分，分，分，分；℃/(T/hr)，分，分，℃/(T/hr)，分，分。二、研究任务对于上述被控过程，假设被控变量T所受的主要扰动为进料量F、泵出口压力Pp的变化、蒸汽压力变化Pf，而且变化范围为：T/hr，MPa,；另外，被控变量T的设定范围为℃。试应用单回路、串级、前馈、比值、选择、Smith预估、解耦等控制方法，设计至少2套控制系统，达到控制精馏塔温度的目的。对于每一套控制方案，具体要求：1、说明所采用的控制方案以及采用该方案的原因

6、，并在工艺流程上表明该控制系统。2、确定所用控制器的正反作用，画出控制系统完整的方框图（需注明方框图各环节的输入输出信号），并选择合适的PID控制规律。1、在SIMULINK仿真环境下，对所采用的控制系统进行仿真研究。具体步骤包括：（1）在对象特性参数的变化范围内，确定各环节对象的传递函数模型，并构造SIMULINK对象模型；（2）引入手动/自动切换环节，在手动状态下对控制通道、干扰通道分别进行阶跃响应试验，以获得“广义对象”开环阶跃响应曲线；（3）依据PID参数整定方法，确定各控制器的参数；（4）在控制系统处于“闭环”状态下，进行温度设定值跟踪响应试验、干扰塔底回流量、P

7、p与F对系统输出的扰动响应试验，并获得相应的响应曲线；（5）在各控制器参数均保持不变的前提下，当对象特性在其变化范围内发生变化时，重新进行温度设定值跟踪试验与扰动响应试验，并获得相应的响应曲线。2、根据不同控制方案的闭环响应曲线，比较控制性能（包括是否稳定、衰减比、超调量、过渡过程时间等）。三、控制方案精馏塔温度控制的开环回路如下图所示：温度控制开环回路由图我们可知，被控变量TS、TR控制回路都存在两种主要干扰。被控变量TR主要受到干扰量是进料量F和泵出口压力PP；被控变量TS主要受到干扰量为进料量F和塔底蒸汽量V