[发明专利]一种误差容忍限机制下的焦化分馏塔液位控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种误差容忍限机制下的焦化分馏塔液位系统的预测函数控制(PFC)与比例控制（P）的混合控制方法。 

背景技术

焦化分馏塔是炼油化工生产部门的重要设备，其主要要求是为渣油、油气等重要原料换热，以满足后续工序的操作工况和产品质量。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。然而焦化分馏塔设备是一个复杂的被控对象，输入量与输出量之间相互关联。对于焦化分馏塔液位系统来说：原料负荷发生变化引起原料流量变化的同时，也引起分馏塔液位发生变化；辐射出口温度量的变化直接影响分馏塔内部油气的含量比例，进一步引起液位发生变化；焦化塔的预热切换操作会导致进入分馏塔的油气流量发生变化，进一步导致分馏塔液位的变化。这些不利因素导致传统的控制手段精度不高，又进一步导致后续生产控制参数不稳定，产品合格率低，加热炉效率低下。目前实际工业中焦化分馏塔液位控制基本上采用传统简单的控制手段，甚至必要时候手动操作，控制参数仅仅依赖技术人员经验，使生产成本增加，控制效果很不理想。我国焦化分馏塔液位控制技术比较落后，能耗居高不下，控制性能差，自动化程度低，很难适应节能减排以及间接环境保护的需求，这其中直接的影响因素之一便是焦化分馏塔液位系统的控制方案问题。 

发明内容

本发明的目标是针对现有的焦化分馏塔液位系统控制技术的不足之处，提供一种误差容忍限机制下的焦化分馏塔液位系统控制方法，具体是一种预测函数控制(PFC)与比例控制（P）的混合控制方法。该方法弥补了传统控制方式的不足，保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证形式简单并满足实际工业过程的需要。 

本发明方法首先基于焦化分馏塔液位实时过程数据建立过程模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该过程模型建立比例控制回路；最后通过计算预测函数控制器的参数，将比例控制与焦化分馏塔液位对象整体实施预测函数控制。 

本发明方法的步骤包括： 

(1)采用典型的响应曲线法设计分馏塔液位过程的比例控制器，具体方法是：

a.将过程的比例控制器停留在手动操作状态，操作拨盘使其输出有个阶跃变化，由记录仪表记录实际过程的输出值，将实际过程输出值 的响应曲线转换成无量纲形式，具体是：

其中，是比例控制器的输出有阶跃变化时的实际过程输出的稳态值。

b.选取满足的两个计算点和，依据下式计算比例控制器所需要的参数、： 

其中，为过程的比例控制器输出的阶跃变化幅度。

c.计算过程的比例控制器的参数，具体是： 

其中为比例控制器的比例参数。

(2)设计预测函数比例控制器，具体步骤是： 

d.将过程的比例控制器停留在自动操作状态，操作拨盘使其输入有阶跃变化，由记录仪表记录实时过程的输出，将过程输出值的响应曲线转换成无量纲形式，具体是：

其中，是过程的比例控制器的输入有阶跃变化时的过程输出的稳态值。

e.选取满足的另两个计算点和，依据下式计算预测函数比例控制器所需要的参数： 

其中，为过程的比例控制器输入的阶跃变化幅度。

f.将步骤e得到的参数转化为拉普拉斯形式的局部受控传递函数模型： 

其中，为拉普拉斯变换算子，为局部受控传递函数模型的时间常数，为局部受控传递函数模型的时滞，表示当前时刻过程模型的输出值的拉普拉斯变换，表示过程模型的比例控制器输入的拉普拉斯变换。

                               

g.依据步骤f计算出的模型参数设计预测函数比例控制器，具体方法是：

①对该对象在采样时间下加一个零阶保持器离散化，得到离散模型为

                     

为相应的离散传递函数模型的参数，，为相应的离散传递函数模型的时滞，；

②选取预测函数比例控制器的参考轨迹，可由下式来表示

                        

   ，分别为，时刻的参考轨迹，为参考轨迹的参数，为预测函数控制器的预测时间参数。

③设定误差容许限，求取控制误差并依据步骤②得到的预测函数比例控制器参考轨迹求取控制量