專利名稱：精對苯二甲酸生產(chǎn)過程無靜差預(yù)測控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生產(chǎn)過程控制器，特別涉及一種能夠克服精對苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid，PTA)生產(chǎn)過程不可測干擾的控制器。
背景技術(shù)：
目前精對苯二甲酸(Purified Terephthalic Acid, PTA)生產(chǎn)過程控制一般采用動態(tài)矩陣控制算法(Dynamic matrix control，DMC)，它對模型精度要求不高，用一個簡潔的帶約束二次優(yōu)化問題來描述。它的誤差校正策略假設(shè)在當(dāng)前時刻得到的預(yù)測值與實際測量值之間的偏差在整個預(yù)測時域內(nèi)保持不變，故缺乏對不可測擾動的動態(tài)特性的提前預(yù)估，抗擾效果表現(xiàn)得緩慢和不足。而在實際的工業(yè)生產(chǎn)中，不可測擾動是常見的，往往會影響預(yù)測控制算法的控制效果。PTA是生產(chǎn)聚酯切片的原料。由于PTA反應(yīng)釜的進料來源多，操作波動大，所以一方面，為了生產(chǎn)不同濃度的PTA，需要人工加入脫水醋酸，從而影響釜內(nèi)溫度，進而影響PTA 產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面，脫水醋酸和進料組分時刻變化，釜內(nèi)酸含量和水含量會受影響而上下波動，導(dǎo)致溫度發(fā)生波動。因此，需要設(shè)計合理的控制策略減少塔釜的溫度波動。由于這些不可測擾動的影響作用是持續(xù)性的，所以釜內(nèi)酸含量和水含量的預(yù)測誤差與較前時刻的預(yù)測誤差是相關(guān)的、可以預(yù)測的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，為了克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種PTA生產(chǎn)過程無靜差預(yù)測控制器，抑制工業(yè)PTA生產(chǎn)過程控制中的不可測干擾。本發(fā)明所涉及的PTA生產(chǎn)過程無靜差預(yù)測控制器，由卡爾曼濾波器19和預(yù)測控制器20構(gòu)成，其中卡爾曼濾波器19以Altera公司生產(chǎn)的Mratix II系列EP2S60F67214型 FPGA芯片為硬件平臺，利用Quartus II設(shè)計軟件作為設(shè)計平臺，采用Verilog HDL硬件語言進行編程實現(xiàn)的，預(yù)測控制器20是由西門子S7-400 6ES7443-1EX11-0XE0型號的PLC實現(xiàn)，卡爾曼濾波器19將估計出的干擾和的當(dāng)前釜內(nèi)溫度值傳入預(yù)測控制器，然后預(yù)測控制器根據(jù)這兩個值計算出能夠克服不可測干擾的所需冷凝水量，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后，最后電動調(diào)節(jié)閥按照這個轉(zhuǎn)換量增加或者減小其開度，從而實現(xiàn)對PTA生產(chǎn)過程的不可測干擾的抑制。本發(fā)明很好的抑制了 PTA生產(chǎn)過程中的不可測干擾，而且準(zhǔn)確快速，實用性好。


圖1為本發(fā)明的無靜差預(yù)測控制器結(jié)構(gòu)示意圖。其中19、卡爾曼濾波器；20、預(yù)測控制器。圖2為本發(fā)明的實施例。其中1、不銹鋼物料箱；2、單相增壓A泵；3、進料管路溫度計；4、進料管路渦輪流量計；5、A閥；6、不銹鋼脫水醋酸刻度箱；7、B閥；8、電動機；9、C閥；10、進水管路電動調(diào)節(jié)閥；11、進水管路渦輪流量計；12、冷凝水進水管路溫度計；13、單相增壓B泵；14、不銹鋼冷凝水箱；15、不銹鋼連續(xù)攪拌反應(yīng)釜；16、DA轉(zhuǎn)換器；17、連續(xù)攪拌反應(yīng)釜溫度檢測計；18、 AD轉(zhuǎn)換器；19、卡爾曼濾波器；20、無靜差預(yù)測控制器。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明給出的一種精對苯二甲酸生產(chǎn)過程控制器進一步說明如下
圖1為本發(fā)明所涉及的精對苯二甲酸生產(chǎn)過程無靜差預(yù)測控制器，由卡爾曼濾波器19 和預(yù)測控制器20構(gòu)成，首先卡爾曼濾波器接收經(jīng)溫度傳感器測量、AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的溫度數(shù)據(jù)，估計出系統(tǒng)干擾和當(dāng)前釜內(nèi)溫度值，預(yù)測控制器根據(jù)這兩個值，計算出克服不可測干擾所需的冷凝水的量，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后，最后電動調(diào)節(jié)閥按照這個轉(zhuǎn)換量增加或者減小其開度，從而克服PTA生產(chǎn)過程的不可測干擾。實施例
圖2為本發(fā)明的無靜差控制器抑制PTA生產(chǎn)過程不可測干擾的具體實施例。PTA實際生產(chǎn)過程中的不可測干擾主要是由以下原因產(chǎn)生的批次不同的化工物料的密度、濃度和比熱等屬性會存在不同，反應(yīng)物料的性質(zhì)變化會導(dǎo)致連續(xù)攪拌釜內(nèi)的反應(yīng)過程表現(xiàn)出變化的放熱特性，而這種變化的特性是不可測的，此外，攪拌釜模型的線性化過程也導(dǎo)致模型和實際裝置之間存在偏差。因此，不可測干擾極大的影響著PTA的產(chǎn)量和質(zhì)量，本發(fā)明的無靜差控制器設(shè)計簡單，計算量小。如圖2所示，單相增壓A泵2以恒定的速率從不銹鋼物料箱1中抽出物料進入不銹鋼連續(xù)攪拌反應(yīng)釜15，然后根據(jù)生產(chǎn)不同濃度的PTA需求，人工放入一定量的脫水醋酸， 當(dāng)脫水醋酸進入連續(xù)攪拌反應(yīng)釜15后會導(dǎo)致釜內(nèi)溫度緩慢變化，因為這種變化不可測，所以可以將這種變化看成是一種不可測干擾，然后通過溫度計將檢測到的釜內(nèi)溫度值傳給AD 轉(zhuǎn)換器18，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器18轉(zhuǎn)換后傳入卡爾曼濾波器19，估計出干擾的大小和當(dāng)前釜內(nèi)溫度值，然后預(yù)測控制器20根據(jù)干擾大小和釜內(nèi)溫度值計算出當(dāng)前所需冷凝水量的最優(yōu)值， 經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器16轉(zhuǎn)換后傳送到進水管路電動調(diào)節(jié)閥10并實時調(diào)節(jié)閥門開度，實現(xiàn)不銹鋼連續(xù)攪拌反應(yīng)釜15的溫度控制，實現(xiàn)無靜差控制。
權(quán)利要求
1. 一種精對苯二甲酸生產(chǎn)過程無靜差預(yù)測控制器，其特征是該控制器由卡爾曼濾波器(19)和預(yù)測控制器00)構(gòu)成，其中卡爾曼濾波器(19)以Altera公司生產(chǎn)的 Stratix II系列EP2S60F67214型FPGA芯片為硬件平臺，利用Quartus II設(shè)計軟件作為設(shè)計平臺，采用Verilog HDL硬件語言進行編程實現(xiàn)，預(yù)測控制器QO)由西門子S7-400 6ES7443-1EX11-0XE0型號的PLC實現(xiàn)，卡爾曼濾波器(19)將估計出的干擾和當(dāng)前釜內(nèi)溫度值傳入預(yù)測控制器，然后預(yù)測控制器(20 )根據(jù)這兩個值計算出克服不可測干擾所需的冷凝水量，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后，最后電動調(diào)節(jié)閥按照這個轉(zhuǎn)換量增加或者減小其開度，從而實現(xiàn)對PTA 生產(chǎn)過程的不可測干擾的抑制。
全文摘要
一種精對苯二甲酸生產(chǎn)過程無靜差預(yù)測控制器，由卡爾曼濾波器(19)和預(yù)測控制器(20)構(gòu)成，其中卡爾曼濾波器(19)以Altera公司生產(chǎn)的StratixⅡ系列EP2S60F67214型FPGA芯片為硬件平臺，利用QuartusⅡ設(shè)計軟件作為設(shè)計平臺，采用VerilogHDL硬件語言進行編程實現(xiàn)，預(yù)測控制器(20)由西門子S7-4006ES7443-1EX11-0XE0型號的PLC實現(xiàn)?？柭鼮V波器(19)將估計出的干擾和當(dāng)前釜內(nèi)溫度值傳入預(yù)測控制器(20)，然后預(yù)測控制器(20)根據(jù)這兩個值計算出克服不可測干擾所需的冷凝水量，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換后，最后電動調(diào)節(jié)閥按照這個轉(zhuǎn)換量增加或者減小其開度，從而實現(xiàn)對PTA生產(chǎn)過程的不可測干擾的抑制。
文檔編號G05B13/04GK102419552SQ20111042322
公開日2012年4月18日 申請日期2011年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月16日
發(fā)明者丁寶蒼, 何美霞, 唐曉銘, 王雪, 羅霄, 趙猛, 魏善碧 申請人:重慶大學(xué)