基于萃取精餾塔塔底溫度模糊控制的算法研究

萃取精餾塔是石化工業中一種常見的分離設備，具有結構簡單、便于安裝和制造等特點。為了提高設備的工作效率，常常補給外加能量，如加熱、振動等。萃取精餾生產的運行情況不僅影響芳烴和非芳烴的生產，由于萃取生產屬于生產的中間環節，它也會對后一工序的原料生產造成影響。因此，在實際生產中對萃取系統提出了很高的要求。而保持整個萃取精餾生產穩定的指標就是萃取精餾塔塔底溫度。考慮到萃取塔塔底溫度具有典型的非線性，大時滯及不確定性的特點，難以用的數學模型來描述，傳統的控制算法很難達到其控制要求，本文提出了一種基于模糊控制理論的精餾塔溫度控制方法，介紹了該控制器的結構和軟件實現方法。 
　　1.確定模糊控制算法的結構 
　　系統所采用的模糊控制器是兩輸入一輸出的經典模糊控制器，其結構如圖1所示，T0為系統設定溫度，T為系統測量溫度。注意圖中k1、k2和k3為尺度變化的比例因子，在本系統中為方便軟件實現，且結合經驗所得k1與k2均被設置為1，k3被設置為10。溫度偏差Te=設定溫度To-測量溫度T，偏差Te的論域為【-30℃，+170℃】，且定義Te為偏差基本論域集。溫度偏差變化率Tec =（此刻測量溫度-上一時刻測量溫度）/時間間隔，令時間間隔取為1s，因這個時間間隔為定值，所以用此刻測量溫度減上一時刻測量溫度，即可衡量溫差變化的幅度，所以在此令溫度偏差變化率Tec=此刻測量溫度（Te）-上一時刻測量溫度Te（t-1）。偏差變化率Tec的論域為【-15℃，+15℃】，且定義Tec為偏差變化率基本論域集。 
　　2 選取隸屬度函數 
　　算法實現過程中均采用數值方法描述隸屬度函數，包括溫度差值隸屬度函數、溫度差值隨時間的變化率隸屬度函數和模糊控制器的輸出隸屬度函數。 
　　3 建立模糊規則表 
　　表1列出了該模糊控制器所采用的模糊控制規則表，此表均有經驗所得，也可根據實際需要做出修改，以達到系統快速而穩定。 
　　4 計算模糊控制表 
　　在本控制器中，清晰化計算均采用加權平均法（重心法）得出，其計算過程以MATLAB程序實現，模糊控制器的控制表MATLAB實現源代碼，控制表如2所示，橫坐標為溫度差值變化率TEC1，縱坐標為溫度差值TE1，數字區域均為電動閥開度控制量U的值，其中U的尺度變化因子K3=10。 
　　6 結論 
　　模糊控制在生活中己經取得了許多成功的應用。但是在設計模糊控制系統時，許多工作人員都是根據已有的經驗，采用試探法來確定隸屬函數的控制規則，這樣使得隸屬函數和控制規則的調整沒有一個可以遵循的方法，這將在系統穩定性方面缺乏理論上的系統證明，限制了實際的應用。本文采用模糊控制理論，對模糊控制的實現方法作了初步探討，并重點介紹了控制系統中的模糊控制隸屬函數和控制表，由FPGA來實現模糊算法。