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基于萃取精餾塔塔底溫度模糊控制的算法研究

閱讀:1827      發(fā)布時間:2016-7-12
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萃取精餾塔是石化工業(yè)中一種常見的分離設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)簡單、便于安裝和制造等特點。為了提高設(shè)備的工作效率,常常補給外加能量,如加熱、振動等。萃取精餾生產(chǎn)的運行情況不僅影響芳烴和非芳烴的生產(chǎn),由于萃取生產(chǎn)屬于生產(chǎn)的中間環(huán)節(jié),它也會對后一工序的原料生產(chǎn)造成影響。因此,在實際生產(chǎn)中對萃取系統(tǒng)提出了很高的要求。而保持整個萃取精餾生產(chǎn)穩(wěn)定的指標就是萃取精餾塔塔底溫度??紤]到萃取塔塔底溫度具有典型的非線性,大時滯及不確定性的特點,難以用的數(shù)學模型來描述,傳統(tǒng)的控制算法很難達到其控制要求,本文提出了一種基于模糊控制理論的精餾塔溫度控制方法,介紹了該控制器的結(jié)構(gòu)和軟件實現(xiàn)方法。 
  1.確定模糊控制算法的結(jié)構(gòu) 
  系統(tǒng)所采用的模糊控制器是兩輸入一輸出的經(jīng)典模糊控制器,其結(jié)構(gòu)如圖1所示,T0為系統(tǒng)設(shè)定溫度,T為系統(tǒng)測量溫度。注意圖中k1、k2和k3為尺度變化的比例因子,在本系統(tǒng)中為方便軟件實現(xiàn),且結(jié)合經(jīng)驗所得k1與k2均被設(shè)置為1,k3被設(shè)置為10。溫度偏差Te=設(shè)定溫度To-測量溫度T,偏差Te的論域為【-30℃,+170℃】,且定義Te為偏差基本論域集。溫度偏差變化率Tec =(此刻測量溫度-上一時刻測量溫度)/時間間隔,令時間間隔取為1s,因這個時間間隔為定值,所以用此刻測量溫度減上一時刻測量溫度,即可衡量溫差變化的幅度,所以在此令溫度偏差變化率Tec=此刻測量溫度(Te)-上一時刻測量溫度Te(t-1)。偏差變化率Tec的論域為【-15℃,+15℃】,且定義Tec為偏差變化率基本論域集。 
  2 選取隸屬度函數(shù) 
  算法實現(xiàn)過程中均采用數(shù)值方法描述隸屬度函數(shù),包括溫度差值隸屬度函數(shù)、溫度差值隨時間的變化率隸屬度函數(shù)和模糊控制器的輸出隸屬度函數(shù)。 
  3 建立模糊規(guī)則表 
  表1列出了該模糊控制器所采用的模糊控制規(guī)則表,此表均有經(jīng)驗所得,也可根據(jù)實際需要做出修改,以達到系統(tǒng)快速而穩(wěn)定。 
  4 計算模糊控制表 
  在本控制器中,清晰化計算均采用加權(quán)平均法(重心法)得出,其計算過程以MATLAB程序?qū)崿F(xiàn),模糊控制器的控制表MATLAB實現(xiàn)源代碼,控制表如2所示,橫坐標為溫度差值變化率TEC1,縱坐標為溫度差值TE1,數(shù)字區(qū)域均為電動閥開度控制量U的值,其中U的尺度變化因子K3=10。 
  6 結(jié)論 
  模糊控制在生活中己經(jīng)取得了許多成功的應用。但是在設(shè)計模糊控制系統(tǒng)時,許多工作人員都是根據(jù)已有的經(jīng)驗,采用試探法來確定隸屬函數(shù)的控制規(guī)則,這樣使得隸屬函數(shù)和控制規(guī)則的調(diào)整沒有一個可以遵循的方法,這將在系統(tǒng)穩(wěn)定性方面缺乏理論上的系統(tǒng)證明,限制了實際的應用。本文采用模糊控制理論,對模糊控制的實現(xiàn)方法作了初步探討,并重點介紹了控制系統(tǒng)中的模糊控制隸屬函數(shù)和控制表,由FPGA來實現(xiàn)模糊算法。 

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