过程控制化工自动化雯仪表．1999，26t5)：5～8Controlar—InslrttraentsinChemi~lIndusⅡv一种新的最优均匀液位控制策略U融杰＼—一一■目伸精雌杠舯北丁E97z摘要：基于模型预测最优均匀液住控制思想，鲒台实际工业控制问题给出了一种新的均匀液在控_制方，可以有效地处理水平放置和竖直放置的圃拄彤储罐的液住控制问题，并考虑了在液住越界、有输出流量约束等情咒下耋釜篓耋效圭，谛最柱，水牟关键词：旋位控制；均匀控制；卧罐处理；流量约束；液位越限呼至J”f，lVI’1概述在工业过程中，有这样一类液位控制，输出流量是执行器操纵量，输人流量是不可测的扰动，控制目标要求将液位保持在一定的上下界之中，同时尽可能使输出流量变化和缓与常规液位控制思路不同，此类问题不要求液位被严格控制在某一固定位置，而是允许在一个规定的范围内变化，利用容器的容量尽量平滑输出流量，减少对下游操作单元的进料扰动。这类控制被称之为均匀液位控制。传统的均匀液位控制多采用比例、比例积分或串级调节等构成的均匀控制方案0一，这些方案要求凭经验人工进行参数整定，并且没有充分考虑对象的特性，所以在易用性和控制效果上都不是很理想。近年来针对均匀液位控制问题出现了一些采用预测及优化控制的先进控制方案l4J，控制效果比传统的方案有了明显的提高，提供了液位控制的新思路但由于各种方法的研究背景差别较大，在进行实际工业应用时必须针对具体问题进行分析和改进。在文献[3]的研究基础上，本文针对化工行业中常见的串联罐间有流量关联的液位控制问题，提出了一种新的均匀液位控制方案，不仅可以控制直立的柱形罐，还可以控制水平放置的圆柱形罐。并结合工业应用的实际情况，提出了在液位越界、输出流量有约束等情况下的解决办法。2均匀液位控制问题的数学描述考虑串联储罐间有流量关联情形的液位控制问题。以炼油过程常减压操作为例，常压塔底的液位由塔底抽出量控制，对常压塔而言，需要通过改变塔底抽出量来保持液位相对稳定；同时，常压塔底的抽出量又是减压炉的进料，对减压炉来讲，希望尽量保持进料量的稳定。本文采用均匀控制的思想：在保证液位变化不超过规定范围的同时，使输出流量的变化最小化以离散时间控制方案为例，本文的控制目标可以归纳为：在时刻f，设液位允许变化的上下限为^．⋯和^一，设计控制策略u(￡)，使得t时刻之后输出流量q()增量的最大值极小化，即n{maxq。(t+)一q。(+一I)}t=i0，l，2，3，···}(1)同时将液位变化保持在上下限之间h≤h【f++1)≤^一(2)其中q(f)是在时刻的输出流量，^(f)是在时刻l的液位，表示预测步长。对于上控制问题，如果以罐的液位特性为依据进行控制方案设计l3j，只能适用丁截面积固定的立式罐的情况，而对水平放置的圆柱形罐，由于其水平截面积并非固定值，因而流量与液位的关系是非线性的，无法采用类似方法鉴于化工设备中卧罐也很有代表性，本文同时考虑立罐和卧罐的情况，提出一种以体积变化为依据的新的均匀液位控制方法。收璃日期：1999—04—29基金项目：国家九五重点攻关项目课题(96．546．01-0卦C一／维普资讯http://www.cqvip.com·6·化工自动化及仪表第26卷3控制方案3．1基本控制方案控制方案在总体上采用内模控制(IMC)结构和预测优化的思想-，这里主要提出吼罐中液体体积特性为基础的优化控制方法，为考虑不同形式放置罐设备的液位控制提供了统一的框架。若控制周期为，且在￡一1时刻的入口流量扰动d(t一1)是恒定的，则罐中液体一1时刻到时刻的体积变化为：V()一v(f一1)=T(d(一1)一g。(一1))(3)由此可推算出t一1时刻的人口扰动：d(￡一1)：__-+(c—1)(4)如果再假设在t时刻和未来时刻没有新的扰动，则可得出体积为基础对d(·)预测的方法为：d(+k)=d(t一1)：ⅡL+g。(￡一1)(5)一’‘，⋯对底面面积为A的直立柱形罐，其体积特性为：V()=^tt)·A(6)对长为￡，底面半径为R的水平放置的圆柱形罐，其体积特性为：v(t)=Licos-j[旦](R—h())~／R一(R—h())j(7)有了对输^流量扰动的预测和罐中液体体积变化特性的描述，即可得到如下的优化控制方案由于篇幅原因．本文不做详细推导。当液位位于上下限h和一之问时，输出流量控制...
