基于萃取精餾塔塔底溫度模糊控制的算法研究

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(bǔ)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(biāo)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(xué)模型來描述，傳統(tǒng)的控制算法很難達(dá)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(dá)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(biāo)為溫度差值變化率TEC1，縱坐標(biāo)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(yīng)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(yīng)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。