精馏塔前馈-反馈控制

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1、西华大学课程设计说明书目录1.前言12.总体方案设计22.1系统方案的论证22.1.1单回路控制系统22.1.2方案二：精馏段前馈—反馈控制（以进料量为前馈信号）22.1.3方案三：精馏段前馈—反馈控制（以进料量为前馈信号）32.1.4方案四：提馏段前馈—反馈控制32.2方案的比较32.3方案的选择43.精馏塔前馈-反馈控制系统53.1前馈—反馈控制系统的设计53.1.1被控参数的选择53.1.2控制变量的选择53.1.3调节阀的气开、气关方式的选择63.1.4调节器正反作用的选择63.2精馏塔前馈—反馈控制系统的计算分析83.2.1前馈—反馈控制系统的分析83.2.2前馈

2、—反馈器的模型分析93.3前馈-反馈控制系统的工程整定103.3.1Kb的整定103.3.2T1，T2的整定123.3.3调节器参数整定方法123.3.4本次设计中调节器参数整定及结果134.MATLAB系统仿真144.1MATLAB的简介144.2Simulink控制系统仿真145.设计总结176.致谢187.参考资料1919西华大学课程设计说明书1.前言精馏是化工、石油化工、炼油生产过程中应用极为广泛的传质传热过程。精馏的目的是利用混合液中各组分具有不同挥发度，将各组分分离并达到规定的纯度要求。精馏过程的实质是利用混合物中各组分具有不同的挥发度，即同一温度下各组分的蒸汽

3、分压不同，使液相中轻组分转移到气相，气相中的重组分转移到液相，实现组分的分离。精馏过程通过精馏塔、再沸器、冷凝器等设备完成，是实现混合物组分分离的主要设备。精馏过程是一个复杂的传质传热过程。表现为：过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多；过程动态和机理复杂，例如，非线性、时变、关联；控制方案多样，例如，同一被控变量可以采用不同的控制方案，控制方案的适应面广等。因此，熟悉工艺过程和内在特性，对控制系统的设计十分重要。前馈控制是一种预测控制，通过对系统当前工作状态的了解，预测出下一阶段系统的运行状况。如果与参考值有偏差，那么就提前给出控制信号，使干扰获得补偿，稳定输出，消除误

4、差。前馈的缺点是在使用时需要对系统有精确的了解，只有了解了系统模型才能有针对性的给出预测补偿。但在实际工程中，并不是所有的干扰都是可测的，并不是所有的对象都是可得到精确模型的，而且大多数控制对象在运行的同时自身的结构也在发生变化。所以仅用前馈并不能达到良好的控制品质。这时就需要加入反馈，反馈的特点是根据偏差来决定控制输入，不管对象的模型如何，也不管外界的干扰如何，只要有偏差，就根据偏差进行纠正，可以有效的消除稳态误差。解决前馈不能控制的不可测干扰。前馈反馈综合控制在结合二者的优点后，可以提高系统响应速度。精馏塔的控制目标是：在保证产品质量合格的前提下，是回收率最高、能耗最低

5、，或使总收益最大，或总成本最小。精馏过程是在一定约束条件下进行的。因此，精馏塔的控制要求可从质量指标、产品产量和能量消耗三方面考虑。本次设计打算采用前馈反馈复合控制系统来进行，通过与单回路系统仿真运行结果的比较，突出复合系统的优越性。19西华大学课程设计说明书2.总体方案设计2.1系统方案的论证2.1.1单回路控制系统图2.1单回路系统控制框图方案一为单回路控制系统，在该系统中只有一个测量元件、一个控制器、一个调节阀和一个被控过程，并只对一个被控参数进行单闭环反馈控制。2.1.2方案二：精馏段前馈—反馈控制（以进料量为前馈信号）图2.2精馏段前馈—反馈控制I方案二是精馏塔精

6、馏段温度为被控变量、进料量为前馈信号的相乘型前馈—反馈控制系统。19西华大学课程设计说明书2.1.3方案三：精馏段前馈—反馈控制（以进料量为前馈信号）图2.3精馏段前馈—反馈控制II方案三与方案二类似，均为精馏塔精馏段温度为被控变量，进料量为前馈信号的相乘型前馈—反馈控制系统。2.1.4方案四：提馏段前馈—反馈控制图2.4提馏段前馈—反馈控制方案四是精馏塔提馏段温度为主被控变量、再沸器蒸汽流量为副被控变量的串级控制系统和进料量为前馈信号组成的相乘型前馈—反馈控制系统。2.2方案的比较19西华大学课程设计说明书方案一：采用单回路控制系统，其实际生产中具有结构简单、投资少、易于

7、调整等优点；但对于动态特性复杂、存在多种扰动或扰动幅度较大、控制要求较高的系统则难以满足要求。方案二：采用间接物料平衡控制，该方案优点是控制作用及时，动态响应快，对克服扰动影响有利；该控制方案的缺点是内回流受外界温度影响大，能量和物料平衡之间关联大。方案三：采用直接物料平衡控制，优点是物料和能量平衡之间关联小，内回流在环境温度变化时基本不变，产品不合格时不出料；缺点是控制回路的滞后大，动态响应差。方案四：从前馈原理角度看，反馈信号来自提馏段温度，前馈信号来自进料流量，反馈信号和前馈信号进行相乘运算，运算结果作为再沸