论文开题：实验室精馏塔的建模与仿真研究

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：信息学院　　　　　　　　　　　　　专业班级：08自动化

课题名称 实验室精馏塔的建模与仿真研究

1. 本课题的的研究目的和意义：
研究目的:
精馏过程是现代化工生产中应用极为广泛的传质过程，其目的是利用混合液中各组分挥发度的不同将各组分进行分离，并达到规定的纯度要求。精馏塔是精馏过程的关键设备，它是一个非常复杂的对象。精馏塔内的通道很多，内在机理复杂，参数之间互相关联，反应迟缓，但对它的控制要求却日益提高,酒精（乙醇）提纯工艺属间歇反应.
精馏塔的建模 建立精馏塔的数学模型一直是核心问题，其动态模型由一组维数很高的微分方程组及非线性方程组构成，动态特性复杂。为了达到分离的效果，提高产品的纯度，精馏塔通常有很多塔板，每层塔板都需要求出精确的数学模型，它不仅给出稳定时变量间的关系，还给出各变量间随时间的变化规律，从而可给出过程能否稳定运行的判
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型的技术发展，可将现代塔设备技术的发展应用归纳为四个阶段。

（1）第一阶段：此阶段的塔设计处于简单的平衡量，塔板效率，传质系数等概念和简单的设计水平，此时尽管乱堆填料也在小型塔设备中应用，但泡罩塔板是工业应用不可比拟的塔内件，在当时被认为是不可替代的。在此阶段，研究开发完成了由实验室级别向实验工厂规模的转变。
（2）第二阶段：由于塔设备巨大的工业应用市场和开发潜力，在 50年代的发达国家，精馏塔内件的研究发展进入了一个全新，大规模，集团化的研究阶段。

（3）第三阶段：大型液体分布器的基础研究使得精馏塔的放大研究成功，并在减压塔中应用获得极大的经济效益和社会效益。
从60年代开始，国外的一些大学和塔设备工程公司，开始了对精馏塔的研究。到70年代末期，基本解决了精馏塔的放大问题。精馏塔在大型减压塔设备中成功的工业应用，标志着塔内件研究开发的另一个新时代的开始。以填料进行现有的塔设备的挖潜和改造，获得了具大的经济效益和社会效益、以致一批学者高呼“精馏塔取代板式塔的时代已经来临”。

（4）第四阶段：世界范围内炼油和石油化学工业向精细、大型化的方向发展，在计算机控制水平、工艺模拟和设计塔内件基础研究和工业应用经验积累越来越丰富等技术支撑下，现有塔设备的增效、增能、降耗，挖潜改造，降低加工成本，提高经济效益成为热门的发展方向。

3. 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：

精馏塔建模的方法 精馏塔过程动态数学模型可以从两个方法来获得：
（1）通过实验测试得到输入变量和输出变量的时间序列数据，对测试获得的实验数据采用系统辨识方法可以分别获得线性和非线性动态数学模型，这些模型均为“黑箱”模型，模型是采用数学方法对输入输出数据分析计算得到的。
（2）是从过程对象的工艺机理出发，推导出对象的动态模型，通过求解动态模型，找出输入变量和输出变量之间的内在关系，它依据的就是质量与能量衡算。

4. 拟解决的关键问题：

就是要构建精馏塔系统的状态空间模型，选用适宜的控制算法编写控制程序，并在matlab上构建仿真模型进行仿真，对比不同控制算法的控制效果，总结创新。

5、研究思路、方法和步骤：

研究步骤：
前期广泛搜集与精馏塔控制相关的文献，在系统复习经典控制理论和现代控制理论的基础上深入学习状态反馈极点配置理论、LQR最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论等。总结前人在精馏塔控制上的成果，尽量做到有所体会、有所创新。中前期建立精馏塔的状态空间模型，运用适宜的控制方法对系统进行极点配置，建立完整的仿真模型并仿真。中后期选择一种控制方法在实验室设备上验证控制效果。后期总结研究结果撰写毕业设计论文。
思路和方法：
根据精馏塔系统多变量、非线性、强耦合的特点，选用使摆角误差为最小值的控制策略，分别采用基于LQR最优控制理论、模糊控制理论、神经网络控制理论的控制算法，建立仿真模型；
运用MATLAB/Simulink工具箱建立仿真模型并仿真，通过对输出图像中超调量、调节时间等参数的研究来判断其控制效果；
根据控制算法设计控制程序，并在实验室精馏塔设备上在线调试，通过对其调节时间、抗干扰能力、超调量的研究判断实际控制效果。

6、本课题的进度安排：

阶段 起始日期 终止日期 进度
第一 ……（未完，全文共2839字，当前仅显示1804字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题：实验室精馏塔的建模与仿真研究》）