均匀控制系统及Simulink仿真优化

对于气相物料，前后设备间物料的均匀控制不是液位和流量之间的均匀。例如，脱乙烷塔塔顶分离器内压力是用来稳定精馏塔塔顶压力的，而分离器出来的气体是加氢反应器的进料，也需要尽量平稳。为此，精馏塔塔顶压力作为主被控变量，出口流量作为副被控变量，设计了压力与流量的串级均匀控制系统如图6-31所示。

图6-31 分离器压力与出口气体流量串级均匀控制

假设主被控对象、副被控对象的数学模型为

串级均匀控制系统的Simulink仿真框图如图6-32所示。

图6-32 串级均匀控制系统Simulink仿真框图

为达到均匀控制目的，主、副控制器均选择PI控制作用，参数整定过程是，首先将主控制器的比例值按经验选择为K_P1＝0.1，对副控制器的比例值由大到小调整；副控制器的比例值为K_P2＝0.1时副变量的响应曲线如图6-33所示，副变量近似为缓慢非周期过程；在副控制器的比例值K_P2＝0.1下，由大到小调整主控制器的比例值，直到K_P1＝2时呈现如图6-34的缓慢非周期衰减过程；为了防止干扰造成被控变量出现稳态误差，主、副控制器均适当加入积分作用，得T_I1＝1000、T_I2＝1800。

图6-33 副变量的响应曲线

图6-34 主变量的响应曲线

系统的设定值为5，设定值受幅值为0.3的随机干扰影响，主、副变量均施加幅值为0.1的随机干扰作用下主变量、副变量的阶跃响应曲线如图6-35所示。

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图6-35 串级均匀控制系统响应曲线

在纯碱生产中，轻灰工段洗涤冷凝塔的冷凝液用泵打到蒸吸工段淡液塔储桶中去；在这一工艺流程中，关系到两个工段的物料平衡。为了保证轻灰工段洗涤冷凝塔生产进程稳定地进行，即希望保证冷凝塔塔底液位比较稳定，同时又希望能保证蒸吸工段淡液塔储桶进料量比较稳定，轻灰工段洗涤冷凝塔的液位的稳定是通过控制塔底出料量来实现的，因此它的出料量必然不稳定。而洗涤冷凝塔的出料量正好是蒸吸工段淡液塔塔的进料量，因此在保证前塔液位稳定时，后塔进料量不可能稳定。反之，如果保证了后塔进料量的稳定，势必造成前塔的液位不稳定。为此，采用双冲量均匀控制，控制系统框图如图6-36所示。

图6-36 双冲量均匀控制系统框图

假设液位被控对象、流量被控对象的数学模型为

双冲量均匀控制系统的Simulink仿真框图如图6-37所示。

图6-37 双冲量均匀控制系统的仿真框图

控制器采用PI控制，从均匀控制考虑，控制器的参数、比例度要宽，积分时间要长，通过看曲线、整参数，使液位与流量达到均匀协调运动，得K_P＝0.08、T_I＝1000。

系统的设定值为1，设定值受幅值为0.03的随机干扰影响，液位和流量均施加幅值为0.03的随机干扰作用下，流量、液位和设定值干扰的阶跃响应曲线如图6-38所示。

图6-38 双冲量均匀控制系统响应曲线

由图6-38可以看到，系统在干扰信号作用下，液位和流量均产生变化，但变化幅度不大，达到了两者均用协调的目的。