[发明专利]一种基于滑模控制器的隔壁塔控制系统及控制方法

说明书

本发明公开一种基于滑模控制器的隔壁塔控制系统及控制方法，其在对三组分混合物实现分离的同时，对产品纯度进行控制，由于滑模控制的鲁棒性，可实现稳定静差小，响应曲线的建立时间短，超调量低，能够实现快速平稳的控制。

技术领域

本发明涉及混合物分离技术领域，具体是一种基于滑模控制器的隔壁塔控制系统及控制方法。

背景技术

化工产业是许多发展中国家的基础产业和支柱产业，对混合物的分离是化工产业中的重要步骤，虽然超临界分离技术、膜分离技术等发展迅速，精馏依旧是化工、石油化工等行业中最重要、应用最广泛的分离单元之一。由于精馏过程热力学效率低，能耗高达化工能耗的40％-50％以上等特点，提高精馏过程的能量利用率成为研究热点。

隔壁精馏塔(DWC，简称隔壁塔)是化工分离技术中的新型产物，DWC塔体中间被一个分隔壁隔开，完成了将两个塔整合成一个塔。其主要用在多组分物质的分离上，可以减少设备投资，降低能量消耗，并且降低了返混，提高了热力学效率。

由于隔壁塔变量之间复杂的交互作用及当隔壁塔发生进料扰动时，在流程控制上比较困难，使得隔壁塔结构难以广泛应用。Wolf和Skogestad开创性的提出了对隔壁塔的三点控制结构(WolffE A,Skogestad S.Operation ofIntegrated Three-Product(Petlyuk)Distillation Columns[J].IndustrialEngineering Chemistry Research,1995,34(6))，其研究证明了隔壁塔是可控的，但是此模型不能保证在最优的能耗下操作，且无法实现对进料流量和进料组分干扰的平稳控制；Anton A.Kiss等人探索了DWC基于比例积分微分(PID)的各种控制策略(R.Diggelen,A.Kiss,A.Heemink,IndustrialEngineeringChemistry Research.2010,49,288)，以获得最佳的控制环路；Manuel Rodríguez Hernández等人对DWC的PID控制及其等效的模型预测控制(MPC)模式进行了比较(M.RodríguezHernández,J.A.Chinea-Herranz,Journal of Process Control.2012,22,1582-1592.)，证明了这种等效的MPC模式可能非常方便使用，但是模型预测控制(MPC)的应用很少。

DWC的控制主要基于传统的比例积分(PI)策略或PID策略，尽管PID策略是过程工业中使用最广泛的策略，但是当受控对象具有非线性、时变和不确定性时，其性能较差。DWC是具有多变量非线性和时滞系统的高度复杂的集成设备。此外，由于输入和输出变量之间的相互作用，DWC比传统的蒸馏系统更难控制。显然，PID策略不是DWC的最佳选择，学术界对DWC的最优控制策略的研究仍在进行当中。

滑模控制(SMC)可以克服系统的不确定性并具有更好的鲁棒性。与传统的PID策略不同，SMC的结构不是固定的，它是通过模型设计来控制变量的，其主要思想是利用不连续控制来将系统状态轨迹强制到某些预定义的滑动表面，系统可以在这些滑动表面上很好地处理变量之间的相互作用。特别是，它对参数变化和干扰的敏感性较低，从而消除了建立精确模型的必要性。滑模控制保证了系统的不变性和鲁棒性，使系统在平稳中运行。

发明内容

为了解决现有精馏技术难控制的问题，本发明提供了一种基于滑模控制器的隔壁塔控制系统及控制方法，该方法成功地应用于时滞系统，对隔壁塔的控制更加平稳，并且控制结构简单，具有较好的鲁棒性。

本发明的技术方案实现如下：设计一种基于滑模控制器的隔壁塔控制系统，其特征在于，该控制系统包括安装在隔壁塔的公共精馏段温度灵敏板上的一个二号温度控制器，其另一端连在塔顶冷凝器上，当公共精馏段温度灵敏板的温度变化时，二号温度控制器通过调节塔顶冷凝器的冷凝量来调控温度；