毕业设计（论文）-基于matlab的精馏控制系统开发与仿真

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1、工程训练报告信息科学与工程学院工程训练报告题目基于MATLAB的精馏控制系统开发与仿真学生姓名大神学号专业班级自动化大神班指导老师大神的老师完成日期2015.9.1411工程训练报告前言精馏塔是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程设备。精馏过程的实质就是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，实现各组分的分离。精馏塔是一个多输入多输出的多变量过程，内在机理较复杂，动态响应迟缓，变量之间相互关联，在线测量困难，不同的塔工艺结构差别很大，而工艺对控制提出的要求又较高，所以确定精馆塔的控制方案是一个极为重要的课题。此外，在全球金融危机的压力下，国内众多过程工业企业

2、不仅面临着同行的竞争压力，同时也面临着来自国际间的市场挑战。在当前经济并不景气的大环境下，积极的开发和应用先进过程控制技术来提高企业的经济效益，增强企业自身的竞争力是过程工业迎接挑战的主要途径。随着控制理论与计算机技术的发展，不仅为先进控制技术的应用奠定了理论基础，同样也提供了良好的软硬件平台。近些年来，先进控制技术在实际工业过程中也取得了较好的成效，具有十分广泛的应用前景。 精馏过程因其大时滞、变量稱合、动态特性分析复杂、约束条件复杂且难以进行变量配对等特性成为过程控制界多年来理论研究和实践的热点。近30年来，有关精馏塔控制的研究文献大量涌现，其研究热点大致趋势可分为：(

3、1)开发和应用线性多变量控制技术，自适应控制，预测推理控制和鲁棒控制算法，进行精馏塔的预测控制系统和鲁棒控制系统设计。(2)应用先进控制技术与优化策略，实现精馏塔的节能优化控制。针对精馏塔的非线性本质，Trotta采用降阶模型来简化控制器的设计，并通过全局线性化的控制方法对精馆塔的两端组分含量进行控制，取得了良好的控制效果。在先进控制算法方面，Fileti将可编程自适应控制器、自整定调节器和基于神经网络建模的模型预测控制算法应用于实验间歇精馆塔装置的控制。就鲁棒性问题，王刹设计了对象具有加性不确定性时基于控制的Smith预估器，将具有多个时间滞后系统的跟踪问题转化为标准控制

4、器设计问题。智能控制方面，Canete采用神经网络对精馏塔建模，提出自适应基于神经网络的模糊控制器，并在二元精馆塔上进行了仿真。与此同时，对精馆塔两端组分控制（DualCompositionControl)及控制系统结构分析成为主要的研宄方向之一。推理控制也因组分在线测量装置的精度难以满足在线控制的需求而受到广泛关注。Kano指出了动态推理模型有最好的估计精度，并在此基础上提出了一种“预测推理控制”，使用在线辨识的推理模型估计未来成分的变化以对其控制。综合来说，绝大数精馆塔控制的研究仍局限于理论推导仿真或实验室装置，实际的工业应用仍占少数。随着过程工业对精馆过程要求的提高，

5、需要控制界提出更多实际应用价值高的控制策略，并付诸实际。本文针对工程训练任务书中给出的系统辨识函数，搭建了仿真框图，调整PID参数，最终使系统在较好的指标内达到稳定。11工程训练报告目录前言21精馏控制系统概述41.1精馏工艺概述41.2精馏工艺的基本要求42系统分析及方案选择53控制对象的数学模型64系统稳定性分析75控制系统的参数整定86控制系统Simulink仿真106总结11参考文献1111工程训练报告1精馏控制系统概述1.1精馏工艺概述精馏是将一定浓度的溶液送入精馏装置使它反复地进行部分汽化和部分冷凝，从而的得到预期的塔顶和塔底产品的操作。精馏的设备和过程如图1.

6、1所示。图1.1精馏设备与精馏过程精馏设备主要有：精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和回流泵。原料从精馏塔中段某一块塔板（称为进料板）进入。进料板把精馏塔分为进料板以上的精馏段和进料板以下的提馏段。进入塔内的液体与塔内上升蒸汽在各层塔板上充分接触，使沸点低的易挥发组分汽化上行；沸点高的难挥发组分随液体往下流。精馏塔内物料和蒸汽在逆流作用下进行传质和传热。下流到塔釜的液体分为两部分，一部分被引出为塔底产品，另一部分经再沸器加热汽化后返回精馏塔。精馏塔内上升的蒸汽依次经过所有塔板，使蒸汽中易挥发组分浓度逐渐增大，馏出塔顶的蒸汽在冷凝器中冷凝为液体，经回流罐和回流泵后，液体分为两部分

7、，一部分塔顶产品引出，另一部分则引回到精馏塔塔顶的精馏段塔板上，称为回流量。在精馏过程达到稳态时，塔内状态稳定，每层塔板上液体和蒸汽的浓度均保持不变，塔外状态稳定，塔顶产品和塔釜产品的浓度和流量均保持定值。1.2精馏工艺的基本要求精馏塔的控制主要有三类指标：质量指标（产品纯度）、产品产量指标和能耗指标。根据精馏过程，基本的精馏工艺要求有：（1）保证产品的提纯纯度（质量）和产量11工程训练报告精馏过程所得产品自然应满足规定的质量要求。精馏产品的质量要求一般是要保证塔顶或塔底产品之一达到规定的纯度要求，而另一产品纯度在