页岩干馏炉温度控制系统的研究

摘要

随着油价的日益高涨，油页岩的加工提炼受到了越来越多的关注。在众多页岩炼油技术中，基于ATP(Alberta Taciuk Processor)炉的工艺是世界先进的页岩炼油工艺。ATP炉干馏工艺控制效果的优劣直接影响页岩油的产量，而干馏温度又是ATP炉干馏工艺中的关键参数。因此，对其温度控制系统进行理论分析和应用研究具有重要的现实意义。
　　本文以某页岩炼油厂的页岩炼油生产线为背景，以ATP炉为研究对象，阐述了ATP干馏炉的组成结构和工作原理，对ATP炉的温度控制系统进行了深入系统的分析。并提出了ATP炉温度控制的难点:控制对象具有大时滞，干扰多等特点。如何解决纯滞后和各种扰动给温度控制系统带来的影响，使ATP炉干馏区温度稳定在工艺要求范围内是本文的研究重点。干馏过程是一个极其复杂的过程，很难用精确地数学模型对温度对象进行描述。通过对ATP炉温度控制过程的分析得出，现场使用的的控制策略是传统的串级PID，但通过对现场温度曲线进行分析，控制效果不够理想，原因主要是串级PID不能很好地解决纯滞后和各种扰动给温度控制系统带来的影响。为了补偿纯滞后环节的影响引入Smith预估控制器应用到ATP炉温度控制系统中。Smith预估控制器可以对滞后环节进行很好地补偿，动态性能与稳态性能良好。为提高系统的抗扰动性能，提高系统的鲁棒性，本文引入了模糊控制器，应用到温度控制系统中，提高系统的鲁棒性。在控制过程中，模糊控制器作用在主回路PID控制器上，Smith预估控制器反向并联在模糊PID控制器两端。这样构成了Smith预估器和模糊的复合控制，同时解决了纯滞后以及扰动的影响，增强了系统的稳定性和鲁棒性。
　　最后，通过仿真分析了基于Smith预估补偿的模糊串级控制在ATP炉温系统中的控制性能，结果表明本文设计的控制系统不仅具有较好的抗扰动性能，而且能够更好地解决纯滞后环节和模型参数的变化带来的影响，控制效果优于传统PID。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究目的及意义

1．2 炉窑温度控制方法的研究现状

1．2．1 模糊控制策略

1．2．2 神经网络控制策略

1．2．3 专家系统控制策略

1．2．4 混合智能控制策略

1．3 论文背景说明

1．4 本文的研究内容’

第2章 ATP油页岩炼油工艺

2．1 油母页岩的性质

2．2 油页岩工艺流程

2．2．1 进料部分

2．2．2 干馏部分

2．2．3 冷凝回收部分

2．3 ATP系统

2．3．1 干馏炉的开发历程

2．3．2 ATP炉的结构组成

2．4 ATP炉工艺流程

2．5 ATP干馏炉温度控制难点

2．6 本章小结

第3章 ATP炉温度控制系统分析

3．1 干馏炉系统分析

3．1．1 干馏区温度控制参数分析

3．1．2 温度对象特性

3．2 ATP干馏炉温度控制系统数学模型的建立

3．3 ATP炉温度控制系统

3．3．1 ATP炉温度控制系统的结构

3．3．2 ATP炉温度控制系统方案

3．3．3 ATP炉温度控制系统性能分析

3．4 本章小结

第4章 ATP炉温度控制系统Smith模糊PID控制器设计

4．1 Smith预估控制在ATP炉温度控制系统中的应用及分析

4．1．1 Smith预估控制在ATP炉温度控制系统中的应用

4．1．2 Smith预估控制在ATP炉温度控制系统中存在的问题

4．2 ATP炉温度控制系统模糊PID控制器的设计

4．2．1 ATP炉温度控制系统模糊PID控制器的应用

4．2．2 ATP炉温度控制系统模糊PID控制器结构及其算法流程

4．2．3 ATP炉温度控制器模糊化方法

4．2．4 模糊控制规则的确定

4．2．5 反模糊化方法的选择

4．3 ATP炉温度控制系统Smith模糊PID控制器的设计

4．4 本章小结

第5章 ATP炉温度控制系统仿真分析

5．1 ATP炉温度控制系统仿真模型的搭建

5．1．1 ATP炉温度控制系统Smith预估PID控制仿真模型的搭建

5．1．2 ATP炉温度控制系统Smith模糊PID控制仿真模型的搭建

5．2 仿真结果分析

5．2．1 跟踪设定值性能仿真分析

5．2．2 抗扰动性能分析

5．2．3 被控对象参数变化时的仿真分析

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 研究工作总结

6．2 未来工作展望

参考文献

致谢