論文開(kāi)題：實(shí)驗(yàn)室精餾塔的建模與仿真研究

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
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課題名稱 實(shí)驗(yàn)室精餾塔的建模與仿真研究

1. 本課題的的研究目的和意義：
研究目的:
精餾過(guò)程是現(xiàn)代化工生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)過(guò)程，其目的是利用混合液中各組分揮發(fā)度的不同將各組分進(jìn)行分離，并達(dá)到規(guī)定的純度要求。精餾塔是精餾過(guò)程的關(guān)鍵設(shè)備，它是一個(gè)非常復(fù)雜的對(duì)象。精餾塔內(nèi)的通道很多，內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜，參數(shù)之間互相關(guān)聯(lián)，反應(yīng)遲緩，但對(duì)它的控制要求卻日益提高,酒精（乙醇）提純工藝屬間歇反應(yīng).
精餾塔的建模 建立精餾塔的數(shù)學(xué)模型一直是核心問(wèn)題，其動(dòng)態(tài)模型由一組維數(shù)很高的微分方程組及非線性方程組構(gòu)成，動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜。為了達(dá)到分離的效果，提高產(chǎn)品的純度，精餾塔通常有很多塔板，每層塔板都需要求出精確的數(shù)學(xué)模型，它不僅給出穩(wěn)定時(shí)變量間的關(guān)系，還給出各變量間隨時(shí)間的變化規(guī)律，從而可給出過(guò)程能否穩(wěn)定運(yùn)行的判
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型的技術(shù)發(fā)展，可將現(xiàn)代塔設(shè)備技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用歸納為四個(gè)階段。

（1）第一階段：此階段的塔設(shè)計(jì)處于簡(jiǎn)單的平衡量，塔板效率，傳質(zhì)系數(shù)等概念和簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)水平，此時(shí)盡管亂堆填料也在小型塔設(shè)備中應(yīng)用，但泡罩塔板是工業(yè)應(yīng)用不可比擬的塔內(nèi)件，在當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是不可替代的。在此階段，研究開(kāi)發(fā)完成了由實(shí)驗(yàn)室級(jí)別向?qū)嶒?yàn)工廠規(guī)模的轉(zhuǎn)變。
（2）第二階段：由于塔設(shè)備巨大的工業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)和開(kāi)發(fā)潛力，在 50年代的發(fā)達(dá)國(guó)家，精餾塔內(nèi)件的研究發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)全新，大規(guī)模，集團(tuán)化的研究階段。

（3）第三階段：大型液體分布器的基礎(chǔ)研究使得精餾塔的放大研究成功，并在減壓塔中應(yīng)用獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
從60年代開(kāi)始，國(guó)外的一些大學(xué)和塔設(shè)備工程公司，開(kāi)始了對(duì)精餾塔的研究。到70年代末期，基本解決了精餾塔的放大問(wèn)題。精餾塔在大型減壓塔設(shè)備中成功的工業(yè)應(yīng)用，標(biāo)志著塔內(nèi)件研究開(kāi)發(fā)的另一個(gè)新時(shí)代的開(kāi)始。以填料進(jìn)行現(xiàn)有的塔設(shè)備的挖潛和改造，獲得了具大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益、以致一批學(xué)者高呼“精餾塔取代板式塔的時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨”。

（4）第四階段：世界范圍內(nèi)煉油和石油化學(xué)工業(yè)向精細(xì)、大型化的方向發(fā)展，在計(jì)算機(jī)控制水平、工藝模擬和設(shè)計(jì)塔內(nèi)件基礎(chǔ)研究和工業(yè)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)積累越來(lái)越豐富等技術(shù)支撐下，現(xiàn)有塔設(shè)備的增效、增能、降耗，挖潛改造，降低加工成本，提高經(jīng)濟(jì)效益成為熱門(mén)的發(fā)展方向。

3. 本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）和成果形式：

精餾塔建模的方法 精餾塔過(guò)程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型可以從兩個(gè)方法來(lái)獲得：
（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試得到輸入變量和輸出變量的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)試獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用系統(tǒng)辨識(shí)方法可以分別獲得線性和非線性動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，這些模型均為“黑箱”模型，模型是采用數(shù)學(xué)方法對(duì)輸入輸出數(shù)據(jù)分析計(jì)算得到的。
（2）是從過(guò)程對(duì)象的工藝機(jī)理出發(fā)，推導(dǎo)出對(duì)象的動(dòng)態(tài)模型，通過(guò)求解動(dòng)態(tài)模型，找出輸入變量和輸出變量之間的內(nèi)在關(guān)系，它依據(jù)的就是質(zhì)量與能量衡算。

4. 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：

就是要構(gòu)建精餾塔系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，選用適宜的控制算法編寫(xiě)控制程序，并在matlab上構(gòu)建仿真模型進(jìn)行仿真，對(duì)比不同控制算法的控制效果，總結(jié)創(chuàng)新。

5、研究思路、方法和步驟：

研究步驟：
前期廣泛搜集與精餾塔控制相關(guān)的文獻(xiàn)，在系統(tǒng)復(fù)習(xí)經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上深入學(xué)習(xí)狀態(tài)反饋極點(diǎn)配置理論、LQR最優(yōu)控制理論、模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論等�？偨Y(jié)前人在精餾塔控制上的成果，盡量做到有所體會(huì)、有所創(chuàng)新。中前期建立精餾塔的狀態(tài)空間模型，運(yùn)用適宜的控制方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行極點(diǎn)配置，建立完整的仿真模型并仿真。中后期選擇一種控制方法在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備上驗(yàn)證控制效果。后期總結(jié)研究結(jié)果撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。
思路和方法：
根據(jù)精餾塔系統(tǒng)多變量、非線性、強(qiáng)耦合的特點(diǎn)，選用使擺角誤差為最小值的控制策略，分別采用基于LQR最優(yōu)控制理論、模糊控制理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論的控制算法，建立仿真模型；
運(yùn)用MATLAB/Simulink工具箱建立仿真模型并仿真，通過(guò)對(duì)輸出圖像中超調(diào)量、調(diào)節(jié)時(shí)間等參數(shù)的研究來(lái)判斷其控制效果；
根據(jù)控制算法設(shè)計(jì)控制程序，并在實(shí)驗(yàn)室精餾塔設(shè)備上在線調(diào)試，通過(guò)對(duì)其調(diào)節(jié)時(shí)間、抗干擾能力、超調(diào)量的研究判斷實(shí)際控制效果。

6、本課題的進(jìn)度安排：

階段 起始日期 終止日期 進(jìn)度
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