精馏塔温度控制仿真设计

1、内容简介

略
289-可以交流、咨询、答疑

2、内容说明

现代工业高速运转，塔设备的也不断出现和更新换代，过去的许多塔设备在控制方面达不到要求而被淘汰。在对塔设备控制中，温度是一个最重要的过程变量，可以说是精馏塔生产的命脉所在。可是，用寻常的温度控制的方法，受潜力所限，已经不能满足现代工业生产的高性能需求。人们开始用串级控制对温度进行控制，不仅具有控制简单、方便、灵活性大等优点，且可以大幅度提高被测量温度的要求指标，从而能够大大提高产品的数量和质量，使得企业不被高速发展的工业时代所淘汰。

70年代以来，在工业生产过程的推动下，随着电子技术领域飞速发展，以及自动控制理论和设计方法不断成熟的背景推动下，精馏塔对的温度控制正在逐渐趋于成熟化发展，且在智能化方面也取得了一定的成果。在此领域中日本，美国等国家的技术处于领先位置，他们已经率先生产出了一些高精度且产品质量很好的温度控制产品，已经被广泛的运用到了人们的日常生活中了。串级温度控制系统的诞生，为现代工业注入了新鲜的血液。

对此，选择精馏塔温度控制系统仿真设计作为设计题目，有着实在的意义。与石油化工、食品生产、日常生活以及对环境保护都有着密切的关系。精馏塔温度控制采用一种高精度的、能耗小且简便的温度控制系统将会给工业生产和环境保护带来巨大的价值。经过这次设计能使本人对精馏塔温度控制系统有初步的了解，为将来工作奠定一定的基础。近几年，国内外都对精馏塔温度控制系统进行了大量的研究，在各国都对精馏塔温度控制方面投入了大量研究的经费。精馏塔温度控制已经被列为未来对精馏塔控制领域的几大研究方向之一，具有广阔的市场前景。

系统建立数学模型的基本方式主要是根据过程动力学的机理建模或者根据实验数据的经验建模。机理建模包括机理法、测试法以及半测试法建立模型；检验建模包括阶跃响应、线性回归以及神经网络建模。

一般的经验建模方法是根据实测数据，按照某种性能指标从一组模型中选择个最大化（最小化）该性能指标的模型作为过程的经验模型，因此经验建模通常包括三个基本要素：输入输出数据；一组候选的模型集。

一、机理建模

机理法建模就是根据对象的机理，写出各种有晰、准确、不但给出了系统输入输出变量之间的关系，也给出了系统状态和输入输出之间的关系，使人们对系统有一个比较清楚的了解，因此也被称为“白箱模型”。它包含一系列的建模步骤：

●根据建模的对象和模型使用目的进行合理的假设

因为在实际的生产中经常是非常繁琐的系统，不可以利用数学公式把客观实际十分完整的展现。所以先要进行假设，然后在根据假设的情况建立理想的数学模型。在这之前，需要对模型进行了解以及分析，然后对模型进行一些近似的处理，把去掉一些不必要的因素。

●根据过程内在机理建立数学方程

如果是过程控制问题，一般采用数学方程来建立对象的数学模型。这样模型主要跟据是质量、能量、动量和各种物理化学平衡关系。过程控制方面数学模型一般利用微分方程、偏微分方程或者相关的代数方程共同组成，并且利用自由度分析方法来确保建立的数学模型可以得出结果。

●简化模型

若果只从应用方面考虑，动态模型应该最大限度的简单，但是却可以比较完美的反映过程动态特性的情况。所以，根据过程内在机理得到的数学模型通常情况下需要进行进一步的整理以及简化。

二、经验建模

实验测试法通常只用于建立对象的输入输出模型，它根据工业过程输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。特点是把被研究过程看作一个黑匣子，完全从外部特性上进行测试并描述对象的动态特性。由于系统内部如何运作不得而知，故称为“黑箱模型”。

一般的经验建模方法是根据实测数据，按照某种性能指标从一组模型中选择一个最大化（最小化）该性能指标的模型作为过程的经验模型，因此经验建模通常含有三个基本的条件：输入输出数据；一组候选的模型集。

系统建模就是一个不断演算和验证的过程，系统建模必须不能脱离实验而采用纯理论得到的数学模型，因为脱离了实际得到的结果与实际结果是有很大差距，联系实际得出来的结果更加准确、可靠。但是有时候实际无法得到的一些特定参数，都是采用实验的方法得到，弥补了理论建模的不完美。用上面方法所得到的模型也需要根据不同工况条件下用实验建模的方法加以修正和验证，然后才能获得比较完美的反映实际系统动态特性的数学模型。

所以本设计所选用的是机理建模法。

3、仿真分析

4、参考论文

孔祥波．精馏塔自动控制及应用[J]．吉林广播电视大学学报，2010，（6）：87－88