【摘 要】
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我国目前的工业产业中,石油仍是工业能源的重要来源。我国大多数原油均为重质原油,需要经过轻质化处理才能应用到工业生产中。重油催化裂化分馏塔是重油轻质化处理的主要设备,对其控制策略的研究是行业研究热点之一。重油催化裂化分馏塔是一个典型的多输入多输出对象,内在机理复杂,具有多通道、过程变量多、各控制回路具有不同的大时滞、各变量之间耦合严重等复杂特性,对其控制策略的研究具有重大意义。本文针对重油催化裂化分
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我国目前的工业产业中,石油仍是工业能源的重要来源。我国大多数原油均为重质原油,需要经过轻质化处理才能应用到工业生产中。重油催化裂化分馏塔是重油轻质化处理的主要设备,对其控制策略的研究是行业研究热点之一。重油催化裂化分馏塔是一个典型的多输入多输出对象,内在机理复杂,具有多通道、过程变量多、各控制回路具有不同的大时滞、各变量之间耦合严重等复杂特性,对其控制策略的研究具有重大意义。本文针对重油催化裂化分馏塔系统,提出基于Laguerre正交基优化的时间序列模型预测控制算法,结合传统控制策略的优点改进算法,将改进后的算法应用到分馏塔系统中。此外,本文在混杂系统知识的基础上,建立分馏塔系统的混合逻辑动态（Mixed Logic Dynamic,MLD）模型,并对基于该模型的模型预测控制（Model Predictive Control,MPC）算法进行仿真。本文的主要工作包括:（1）使用Laguerre正交基将带外源性输入的自回归（Autoregressive with Exogenous Input,ARX）模型的系数展开,并推广至多变量。推导基于多变量ARX-Laguerre模型的模型预测控制算法,并结合PID控制的思想改进性能指标,提出基于多变量ARXLaguerre模型的PID预测控制算法（MALMPC-PID）,将其应用到分馏塔系统中,通过仿真实验证明该算法对重油催化裂化分馏塔系统具有优秀的控制效果。（2）在（1）的基础上将PID换成分数阶PID,给出基于多变量ARX-Laguerre模型的分数阶PID预测控制算法（MALMPC-FOPID）。分数阶PID参数更多,且仿真过程中参数整定主要依靠先验知识和人工整定,工作量大但取值却不够精确。对此,本文用差分进化算法（Differential Evolution,DE）对分数阶PID参数进行自整定,仿真结果表明该算法对分馏塔系统具有优秀的控制效果。（3）针对重油催化裂化分馏塔在实际生产中可能存在的安全问题,将实际生产过程中储藏罐液位的安全阀门信号简化为对系统输入的控制引入系统,对系统进行离散混合自动机（Discrete Hybrid Automata,DHA）框架下的混杂特性分析,利用混杂系统建模语言（Hybrid System Description Language,HYSDEL）建立MLD模型。最后采用基于MLD模型的模型预测控制算法对分馏塔系统进行控制,仿真结果证明了该算法的有效性。
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