《过控课设精馏塔温度操纵系统设计与仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过控课设精馏塔温度操纵系统设计与仿真（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、SouthChinaUniversityofTechnology自动化工程与科学学院进程操纵系统与仪表课程设计精镭塔温度操纵系统设计与仿真班级：11级自动化2班姓名：董文杰学号：0309指导教师：哀薇日期：进程操纵系统课程设计精饰塔温度操纵系统设计与仿真一、研究对象某精饰塔的工艺流程如图1所示，现要求对精微段温度及和提储段温度八都进行有效的操纵，以确保塔顶和塔底产品的质量。图1中，尸为进料量，它受上游流程操纵，为精储塔温度的要紧干扰之一，其它干扰包括进料组成与温度转变、塔底蒸汽量转变、塔顶回流冷凝后温度转变等；L为塔顶冷回流量，拟作为精谭段温度及的操纵手腕：塔底蒸汽量Q拟作为提储段温度八的操纵
2、手腕。川为调剂阀匕的相对输入信号，”为调剂阀网的相对输入信号（以DDZHI型为例，当输入电流为4mA时，对应相对输入信号为0%；当输入电流为20mA时，对应相对输入信号为100%）,P为精饰塔顶压力，其转变可大体忽略，P为泵出口压力，P”受塔顶产品调剂阀力开度的阻碍，转变范围较大.图1中L八乂八心别离为L、V、尸的测量值。为便于操纵方案研究，假设如下：（1）该精镭塔的静态工作点为7o=14OC,F（）=60T/hr（吨/小时），Lo=2OT/hr,Vo=15T/hr】o=25%,/Lo=75%,“20=25%,/q（）=25%,Po=MPa,P#=,那个地址，为调剂阀/相对流通面积，.%为调剂
3、阀L相对流通而积。（2）精镭段和提馀段温度的测量范围都为。200,进料量小的测量范围为0100T/hr,塔顶冷回流量L的测量范围为。50T/hr,塔底回流量V的测量范围为025T/hr,L、V、F的测量值:&、Vm.E”均用来表示，即L、匕八Br的最小值为0,最大值为100。（3）流量测量仪表的动态滞后忽略不计；而温度测量环行可用带纯滞后的一阶环行来近似，温度测量环节的一阶时刻常数=0.7,7；=0.6,纯滞后时刻=0.3,r=0.4,单位为分。（4）考虑到精馀塔操作的平安性，操纵阀匕选用气关阀，操纵阀必选用气开阀，假(5)(6)设操纵阀都为线性阀，其动态滞后忽略不计，动态特性可表示为1Nq(
4、s)IGl。)=-=T，G(s)=-=I%(s)Am2(5)关于塔顶冷回流对象，假设操纵通道与扰动通道的动态特性可表示为：小一皿s)_Kr?小一”(s)；即=诉=中砧)=班=a2其中Afjs)为操纵阀匕相对流通面积的转变量，%：及2大体不变，那个地址设=0.4分；Kr2、K丘在必然范围内转变，那个地址设Kr2、K/M2的转变范围别离为K心e0.2,0.4(T/hr)/%；KRdle10Q200|(T/hr)/MPa.关于塔底回流对象，假设操纵通道与扰动向道的动态特性可表示为：GS29=j,G,(s)=3=Ks”,。Sp?4/；,(S)TslS+d2AV(5)Sd2围别离为 Kg? e0.1,
5、0.2(T/lir)/%： elQ25T/hro(7)关于温度对象，假设操纵通道与扰动通道的动态特性可表示为exp(一九 s)：G4) = %-7一.(小+1)其中颂,(s)为操纵阀以相对流通而积的转变量，%：A2大体不变，那个地址设82=05分；KS2、心点在必然范围内转变，那个地址设任2、2的转变范厂/、G(s)K“/其中对象特性参数都可能在以下范围内转变：Kne-5.0,-4.0r/(T/lir),K1e1.5,2.0/(T/lir),K?e2.0,3.0/(T/hr),K22e3.0,4.0/(T/hr),心2.0,3.0分，%e30,4.0分,%e1.0,30分,0e4.0,5.0分
6、,r12e3.0,4.0分，r21e1.5,2.5分，rre2.0,3.0分：e1-0.5,-0.2/(T/hr),TRde2.0,4.0分,rRde3.0,4.0分，g-0A-0.4J/(T/hr),&w3.0,5。分,&e2.0,40分。二、研究任务关于上述被控进程，假设被控变量了所受的要紧扰动为进料量F、泵出口压力P,的转变、蒸汽压力转变P/,而且转变范围为：Fe6020T/hr,Ppe0.90.02MPa,P,e205&/；另外，被控变量7的设定范围为，,4el4015C。试应用单回路、串级、前馈、比值、选择、Smith预估、解耦等操纵方式，设计至少2套操纵系统，达到操纵精懦塔温度的目
7、的。关于每一套操纵方案，具体要求：1、说明所采纳的操纵方案和采纳该方案的缘故，并在工艺流程上说明该操纵系统。2、确信所用操纵器的正反作用，画出操纵系统完整的方框图(需注明方框图各环节的输入输出信号)，并选择适合的PID操纵规律。3、在SIMULINK仿真环境下，对所采纳的操纵系统进行仿真研究。具体步骤包括：（1）在对象特性参数的转变范围内，确信各环节对象的传递函数模型，并构造SIMULINK对象模型：（2）引入手动/自动切换环节，在手动状态下对操纵通道、干扰通道别离进行阶跃响应实验，以取得“广义对象”开环阶跃响应曲线；（3）依据PID参数整定方式，确信各操纵器的参数：（4）在操纵系统处于“闭环
8、”状态下，进行温度设定值跟踪响应实验、干扰塔底回流量、与F对系统输出的扰动响应实验，并取得相应的响应曲线；（5）在各操纵器参数均维持不变的前提下，当对象特性在其转变范围内发生转变时，从头进行温度设定值跟踪实验与扰动响应实验，并取得相应的响应曲线。4、依照不同操纵方案的闭环响应曲线，比较操纵性能（包括是不是稳固、衰减比、超调量、过渡进程时刻等）。三、操纵方案精馀塔温度操纵的开环回路如以下图所示：AAQacgsSOCP*V温度操纵开环回路由图咱们可知，被控变量Ts、Tx操纵回路都存在两种要紧干扰。被控变量L要紧受到干扰量是进料量F和泵出口压力Pp：被控变量Ts要紧受到干扰量为进料量F和塔底蒸汽量V
9、。且被控变量Ts、Tx彼此耦合。为此，我设计了两种方案来实现操纵精储塔的温度。第一种，忽略耦合的阻碍，在每条操纵回路上加上反馈操纵，组成单回路反馈操纵：第二种，对耦合系统先进行解耦，别离采纳单回路反馈操纵回路。（1）第一种方案，构造类似单回路反馈电路。尽管被控变量之间有耦合，可是二者之间的耦合强度不强，因此能够不做考虑。从传递函数能够看出，干扰量关于被控变量的阻碍不是专门大，能够采取直接反馈回路排除。一、操纵方案的工艺操纵流程图二、操纵系统方框图系统方框图图1-2系统仿真方框图其中，被控变量Tr测量环节的传递函数模块为:In1Transport Saturation图1-3被控变量Tr测量环节
10、的传递函数模块(Gmr)被控变量Ts测量环汽的传递函数模块为:SaturationTrans.fer FenTransport Delay图1-4被控变量Ts测量环节的传递函数模块(Gms)操纵通道与扰动通道的动态特性传递函数模块:G21TransportDelay图1-5GR传递函数模块(包括G”、G21)G22T rsnspext Del ay 10 In1图16GS传递函数模块(包括Gs、G22)进料量F的干扰通道的传递函数模块:In1TransferFcn1TransportDelayl图1-7进料量F的干扰通道的传递函数模块操纵器PID、PID2都是正作用，都选择PID操纵规律。3、
11、确信各环节对象的传递函数模型(a)关于塔顶冷回流对象，操纵通道与扰动通道的动态特性传递函数模型为:0.30.45 +1，6而2(5)= 150(b)关于塔底回流对象，假设操纵通道与扰动通道的动态特性传递函数模型为:(C)关于温度对象,GJGs)-5.025 + 1一空 e-2sI 5 + 1假设操纵通道与扰动通道的动态特性传递函数模型为旦修八3s+ 13 e-2s45 + 1(、A，(s)0.4/7ni许卜Gsd(s)=/nexP(-20s)Ar(5)(4.05+1)(e)温度测量环节.的传递函数模型:!二0.75 + 1Gs7(s) =0 I0.65 + 14、切换得手动状态，得出各开环阶跃
12、响应曲线(所有操纵变量及干扰量初始状态都为0)(a)开始lOmin后,仅给Tr操纵信号+50的阶跃信号:再过40min后，给Tr操纵信号为-50的阶跃信号(横轴表示时刻，纵轴表示幅度):Tr阶跃响应曲线T阶跃响应曲线（b）开始lOmin后，仅给Ts操纵信号+50的阶跃信号;再过40min后,给Ts操纵信号为-50的阶跃信号（横轴表示时刻，纵轴表示幅度）：Tr阶跃响应曲线Ts阶跃响应曲线（C）开始lOmin后,仅给干扰量F+20的阶跃信号:再过40min后,给干扰量F为-20的阶跃信号（横轴表示时刻，纵轴表示幅度）:进料量阶跃作用的Tr响应曲线进料量阶跃作用的Ts阶跃响应曲线（d）开始lOmin
13、后，仅给干扰量Pr+的阶跃信号：再过40min后，给干扰量Pp为的阶跃信号（横轴表示时刻，纵轴表示幅度）:泵出口压力阶跃作用的Tr响应曲线泵出口压力阶跃作用的Ts响应曲线（e）开始lOmin后，仅给干扰量V+15的阶跃信号；再过40min后，给干扰量V为15的阶跃信号（横轴表示时刻，纵轴表示幅度）:1.1.05；.!0;；.0.5Ih2D40608010)塔底回流量阶跃作用的Tr响应曲线塔底回流量阶跃作用的Ts响应曲线由图（a）、（b）可知，被控变量Tr、Ts的操纵通道是彼此耦合的，口的操纵变量对被控变量Ts的阻碍大于Ts的操纵变量对被控变量Tr的阻碍；由图（c）可知，干扰量F关于关于被控变量
14、Ts的阻碍较大点：有图（d）可知，尽管干扰量Pp在被控变量Tr操纵回路，但因为耦合作用，也阻碍到被控变量Ts;有图（e）可知，干扰量V只阻碍被控变量Ts，因为干扰量V作用在被控变量回路Ts的结尾。五、操纵器参数的整定（a）操纵Tr的操纵器PID1的参数为：P=,I=,D=（b）操纵Ts的操纵器PID2的参数为:P=,I=,D=六、操纵系统处于“闭环”状态下的性能测试(a)温度设定值跟踪响应实验(温度设定值为140)：2501200 f *l|lzI 1 A150:，:，I j I ，100 ? -H50 . ：0102040030100iso-i 4段二 二:二 W二1CO I50 I02040 K) 8D 1CO温度设定值Ts响应曲线温度设定值Tr响应曲线(b)泵出口压力Pp对系统愉出的扰动响应实验(开始40min后
