基于萃取精馏塔塔底温度模糊控制的算法研究

萃取精馏塔是石化工业中一种常见的分离设备，具有结构简单、便于安装和制造等特点。为了提高设备的工作效率，常常补给外加能量，如加热、振动等。萃取精馏生产的运行情况不仅影响芳烃和非芳烃的生产，由于萃取生产属于生产的中间环节，它也会对后一工序的原料生产造成影响。因此，在实际生产中对萃取系统提出了很高的要求。而保持整个萃取精馏生产稳定的指标就是萃取精馏塔塔底温度。考虑到萃取塔塔底温度具有典型的非线性，大时滞及不确定性的特点，难以用的数学模型来描述，传统的控制算法很难达到其控制要求，本文提出了一种基于模糊控制理论的精馏塔温度控制方法，介绍了该控制器的结构和软件实现方法。 
　　1.确定模糊控制算法的结构 
　　系统所采用的模糊控制器是两输入一输出的经典模糊控制器，其结构如图1所示，T0为系统设定温度，T为系统测量温度。注意图中k1、k2和k3为尺度变化的比例因子，在本系统中为方便软件实现，且结合经验所得k1与k2均被设置为1，k3被设置为10。温度偏差Te=设定温度To-测量温度T，偏差Te的论域为【-30℃，+170℃】，且定义Te为偏差基本论域集。温度偏差变化率Tec =（此刻测量温度-上一时刻测量温度）/时间间隔，令时间间隔取为1s，因这个时间间隔为定值，所以用此刻测量温度减上一时刻测量温度，即可衡量温差变化的幅度，所以在此令温度偏差变化率Tec=此刻测量温度（Te）-上一时刻测量温度Te（t-1）。偏差变化率Tec的论域为【-15℃，+15℃】，且定义Tec为偏差变化率基本论域集。 
　　2 选取隶属度函数 
　　算法实现过程中均采用数值方法描述隶属度函数，包括温度差值隶属度函数、温度差值随时间的变化率隶属度函数和模糊控制器的输出隶属度函数。 
　　3 建立模糊规则表 
　　表1列出了该模糊控制器所采用的模糊控制规则表，此表均有经验所得，也可根据实际需要做出修改，以达到系统快速而稳定。 
　　4 计算模糊控制表 
　　在本控制器中，清晰化计算均采用加权平均法（重心法）得出，其计算过程以MATLAB程序实现，模糊控制器的控制表MATLAB实现源代码，控制表如2所示，横坐标为温度差值变化率TEC1，纵坐标为温度差值TE1，数字区域均为电动阀开度控制量U的值，其中U的尺度变化因子K3=10。 
　　6 结论 
　　模糊控制在生活中己经取得了许多成功的应用。但是在设计模糊控制系统时，许多工作人员都是根据已有的经验，采用试探法来确定隶属函数的控制规则，这样使得隶属函数和控制规则的调整没有一个可以遵循的方法，这将在系统稳定性方面缺乏理论上的系统证明，限制了实际的应用。本文采用模糊控制理论，对模糊控制的实现方法作了初步探讨，并重点介绍了控制系统中的模糊控制隶属函数和控制表，由FPGA来实现模糊算法。