[发明专利]空分节能过程的非线性控制系统及方法

摘要

一种空分节能过程的非线性控制系统，包括与空分塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，所述现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机相连，所述的上位机包括用以求解控制律输出操作变量值的非线性控制器，所述的非线性控制器包括组分推断模块、模型参数辨识模块和非线性模型控制律求解模块。本发明也提供了一种空分节能过程的非线性控制方法。本发明能够有效快速的跟踪空分节能过程的设定值变化，针对空分节能过程的强非线性性，耦合性等复杂非线性动态特性，有效地快速地抑制干扰，实现高效率和高精度。

主权项

一种空分节能过程的非线性控制系统，包括与空分塔直接连接的现场智能仪表和DCS系统，所述DCS系统包括存储装置、控制站和上位机，所述现场智能仪表与存储装置、控制站和上位机相连，其特征在于：所述上位机包括求解非线性模型控制律并输出控制变量值的非线性控制器，所述的非线性控制器包括：组分推断模块，用以获取现场智能仪表检测到的温度，压强数据计算空分塔上塔的各塔板处的组分浓度，采用式(1)(2)得到： X i , N ( k ) = P r ( k ) × α N × 10 ( T i ( k ) - c N b N - c N ) - 1 α N - 1 - - - ( 1 ) X i , O ( k ) = P r ( k ) × α O × 10 ( T i ( k ) - c O b O - c O ) - 1 α O - 1 - - - ( 2 ) 其中，k为当前采样时刻，Xi，N(k)为k采样时刻空分塔上塔第i块塔板处氮的液相组分浓度，Xi，O(k)为空分塔上塔第i块塔板处氧的液相组分浓度，Pr(k)为k采样时刻空分塔上塔压强，Ti(k)为k采样时刻上塔第i块塔板处的温度，αN、αO分别为氮和氧相对于氩的相对挥发度，aN、bN、cN、aO、bO、cO为安东尼常数；模型参数辨识模块，用以采用组分推断模块计算出的组分浓度数据，拟合多项式模型，并将拟合参数存储到历史数据库当中，如式(3)(4)X1，1s＝a12Pr2+a11Pr+a10                                  (3)X3，ns＝a22q2+a21q+a20                                    (4)其中，X1，1s为塔顶液氮稳态值，X3，ns为塔底液氧稳态值，Pr为空分塔上塔压强，q为空分塔进料热状况，a12、a11、a10、a22、a21、a20为模型辨识参数；非线性模型控制律求解模块，用以根据当前氮和氧的液相组分浓度数据，模型函数和当前时刻操作变量值求取当前的控制变量的理想改变值，控制律采用式(5)(6)得到 P r ( k ) = P r ( k - 1 ) + [ K 11 ( X 1,1 * - X 1,1 ( k - 1 ) ) + K 12 Σ j = 1 k ( X 1,1 * - X 1,1 ( j ) ) t ] - - - ( 5 ) q ( k ) = q ( k - 1 ) + [ K 21 ( X 3 , n * - X 3 , n ( k - 1 ) ) + K 22 Σ j = 1 k ( X 3 , n * - X 3 , n ( j ) ) t ] - - - ( 6 ) 其中，Pr(k‑1)为k‑1采样时刻上塔压强，k为当前采样时刻，X1，1*为塔顶液氮浓度设定值，X3，n*为塔底液氧浓度设定值，X1，1(k‑1)、X1，1(j)分别为k‑1采样时刻、j时刻的塔顶液氮的测量值，X3，n(k‑1)、X3，n(j)分别为为k‑1采样时刻、j时刻的塔底液氧的测量值，t为采样周期，K11，K12，K21，K22为控制律参数，q(k)为k采样时刻下塔进料热状况，q(k‑1)为k‑1采样时刻下塔进料热状况。