页岩精馏塔温度控制系统的研究

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文页岩精馏塔温度控制系统的研究作者姓名：王圣炜指导教师：钱晓龙教授东北大学自动化研究所申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：学位授予日期：评阅人：2014年6月2014年7月尤富强、颜闽秀论文答辩日期：答懒纵：东北大学2014年6月关守平万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringIIllIllllIllllIIIIIIY2994917ResearchonTemperatureContro

2、lSystemofShaleDistillationColumnByWangShengweiSupervisor：ProfessorQianXiaolongNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：L摊

3、IEl期：】。m．。易．2曹学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口学位论文作者签名：握缃签字日期：汐心．乩．Ⅻ／两年∥导师签名：复k红，一一签字日期：汐片．秒6．锡万方数据东北大学硕士学位论文摘要页岩精馏塔温度控制系统的研究摘要经济社

4、会的发展需要能源来为其提供动力，然而石油资源的开采只能维持40余年，但是世界上页岩储量非常丰富。因此页岩成为了21世纪非常重要的接替能源。页岩油的提取需要精馏操作，精馏过程又是能耗最大的操作之一，其能耗约占化工厂总能耗的三分之一。因此，研究精馏塔精馏过程中如何保证产品质量以及降低能耗具有重要的意义。本文以某页岩炼油厂的精馏工艺为背景，为了得到较纯净的塔顶和塔底产品以及降低能耗，需要对精馏塔温度进行快速而精确的控制。首先，针对工艺分析了油页岩二元精馏塔的精馏原理。在充分理解精馏工艺的前提下，选取了塔顶回流量、

5、塔底回流量作为操纵变量，进料量作为不可控输入，塔底和塔顶温度作为被控对象。然后，在此基础上对被控对象进行机理建模。采用传统PID串级控制对精馏塔系统进行仿真模拟，通过仿真得出传统控制方法具有动态性能不佳，外环抗扰动能力差，塔底和塔顶回路存在耦合等缺点。针对其中耦合的缺点使用前馈解耦控制进行仿真模拟，得出在模型精确时解耦效果不错，但是模型失配情况下解耦失败，并且随着失配程度的增加，系统的整体性能下降，不再能满足工艺要求。针对传统控制方法的缺点，提出更换串级控制中主控制器而引入预测控制，采用预测控制和PID进行

6、串级控制。预测控制器采用多变量动态矩阵控制算法，利用预测控制的模型预测和滚动优化的特点增强了系统外环抗扰动能力和对耦合的抑制能力。通过反馈校正的特点，增强了系统的鲁棒性，来应对化工过程中不可避免的模型失配问题。通过仿真，得出多变量预测控制虽然对外环扰动抑制效果很好，但是系统动态性能仍然不佳，而且对进料量的扰动抑制效果也不佳。分析结果表明这种情况的出现主要是因为有不可控输入造成的。最后，设计带有前馈控制的多变量预测控制器，将不可控输入造成的影响进行提前补偿。通过和前馈解耦控制对比仿真，分析得出带有前馈控制的多

7、变量预测控制改善了系统动态性能，增强了对进料量扰动的抑制作用。通过模型失配10％和30％后的对比仿真分析，得出了预测控制比传统控制方法具有更好的鲁棒性。因此，带有前馈控制的多变量预测控制是一种适合油页岩精馏工艺的控制方法。关键词：精馏塔；串级控制：前馈解耦；多变量预测控制；动态矩阵控制-II．万方数据东北大学硕士学位论文AbstractResearchonTemperatureControlSystemofShaleDistillationColumnAbstractEconomicandsocialdev

8、elopmentneedsenergytoprovidepower，buttheexploitationofoilresourcesCanonlybemaintainedfor40years．Ontheotherhand，theworldhasabundantshalereserves．Thereforeshalehasbecomeveryimportantreplaceableenergyinthe21stce