论文总字数：22782字

摘 要

空分装置(ASU)作为气体分离设备，其气体产品在许多行业内作为重要的生产辅助原料使用。对于空分装置的生产过程，工业实践表明单回路PID控制难以满足实际需求。

针对空分工艺的实际需要，本文将动态矩阵控制(DMC)应用于工业对象，并分析了控制器在各种情况下的控制性能，主要工作如下:

（1）控制方案设计。根据空分的工艺流程，选择合适的被控变量和操作变量，确定了预测控制的实施范围及控制方案。

（2）建立仿真对象模型。收集、处理并分析测试数据，建立空分装置的仿真模型，为预测控制的实施奠定模型基础，仿真结果表明了所建模型的准确性。

（3）设计空分装置预测控制仿真系统。针对空分装置，采用MATLAB编写动态矩阵控制仿真程序，实现对空分装置关键参数的控制，取得了期望的控制性能。

（4）预测控制性能评估。针对不同工况下的空分装置预测控制系统，基于历史性能基准对其控制性能进行评价，评价结果与实际系统控制性能一致。

关键词：空分装置 预测控制 性能评估 历史性能指标

Simulation and Controller Performance Assessment for the Model Predictive Controller of Air Separation Unit

Abstract

Air separation unit (ASU) as a gas separation equipment, its gas products are used as important auxiliary raw materials in many industries. For the production process of air separation unit, industrial practice shows that single loop PID control is difficult to meet the actual needs.

Aiming at the practical needs of air separation process, this paper applies dynamic matrix control (DMC) to industrial objects, and analyses the control performance of the controller under various conditions.

The main work is as follows:

(1) Control scheme design. According to the process flow of air separation, appropriate controlled variables and operation variables are selected, and the implementation scope and control scheme of predictive control are determined.

(2) Obtaining simulation object model. The test data are collected, processed and analyzed, and the simulation model of air separation unit is established, which lays a model foundation for the implementation of predictive control. The simulation results show the accuracy of the model.

(3) Design the predictive control simulation system of air separation unit. Aiming at the air separation unit, the dynamic matrix control simulation program is compiled with MATLAB to control the key parameters of the air separation unit, and the desired control performance is achieved.

(4) Performance evaluation of predictive control. Based on the historical performance benchmark, the predictive control system of air separation unit under different operating conditions is evaluated. The evaluation results are consistent with the actual control performance of the system.

Key words: air separation unit; model predictive control; performance evaluation; historical performance index

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 课题背景和研究意义 1

1.2 相关技术国内外发展现状 1

1.2.1 模型预测控制的发展 1

1.2.2 控制系统性能评估研究的历史和现状 3

1.3 本文研究内容 4

第二章 空气分离的工艺流程及关键变量选择 5

2.1 引言 5

2.2 工艺流程 5

2.3 被控变量及其操作变量的选择 8

2.3.1 低压塔控制 8

2.3.2 压力塔控制 8

2.3.3 粗氩塔控制 9

2.3.4膨胀机进气温度控制 9

2.3.5 控制矩阵 9

2.4 小结 10

第三章 建立对象数学模型 11

3.1 引言 11

3.2最小二乘辨识原理 11

3.3 空分装置对象模型辨识 12

3.3.1 模型形式 12

3.3.2 数据获取与预处理 14

3.3.3辨识及仿真结果 14

3.4 小结 17

第四章 动态矩阵控制器设计 18

4.1 引言 18

4.2 动态矩阵控制(DMC) 18

4.2.1 预测模型 19

4.2.2 滚动优化 19

4.2.3 反馈校正 20

4.2.4 DMC的特点 21

4.3 空分装置预测控制仿真 21

4.3.1 良好的预测模型 21

4.4.2 模型失配 23

4.5 小结 25

第五章 模型预测控制器性能评估 26

5.1 引言 26

5.2 基于历史性能基准的性能评估 26

5.3 仿真研究 28

5.4 小结 30

第六章 总结与展望 31

6.1 研究工作总结 31

6.2 展望 31

6.3 系统实施的影响 32

参考文献 33

附录 35

DMC算法的结构框图 35

DMC算法的流程图 36

请支付后下载全文，论文总字数：22782字