Аналітичний огляд методів розв’язування задачі синтезу децентралізованих систем керування ректифікаційними колонами

Abstract

Проблема синтезу систем керування ректифікаційними колонами є актуальною багато років. Для ректифікаційних колон як об’єктів керування при розв’язанні задачі синтезу систем автоматичного керування завжди актуальною є проблема впливу перехресних впливів. Зі збільшенням складності структури ректифікаційної колони (збільшення компонентів, ускладнення структури апарату з додаванням додаткових теплових зв’язків, використання вбудованого в колону реактора та ін.) ця проблема стає тільки гострішою. Типовим підходом до синтезу систем автоматичного керування ректифікаційними колонами є розробка систем керування децентралізованої структури, яка містить автономні одновимірні регулятори. Це можуть бути як регулятори, які знаходяться в межах класичної теорії керування, так й регуляторі інших типів (адаптивні, нечіткі, нелінійні, тощо), при умові що вони одновимірні. В межах децентралізованого підходу важливою є проблема вибору каналів керування (вибору конфігурації). Від розв’язку цієї проблеми залежить стійкість системи керування у цілому, її показники якості й потенційна відповідність технологічному регламенту виробництва. Розглянуті методи вибору конфігурації децентралізованої системи керування на базі моделей статики й динаміки ректифікаційних колон. Розглянуті переваги й недоліки застосування таких методів вибору конфігурації як RGA, RIA, ERGA, RRA. На прикладах моделей ректифікаційних колон показані особливості й обмеження кожного з них. Крім того, увага приділена методам вибору конфігурації, стійкої до відключення окремих регуляторів. Розглянуто метод розрахунку індексу Нідерлінського NI та індексу LII. На прикладі розглянуто застосування для складних об’єктів матриць PRGA й розрахунку на їх базі індексу інтегрованості ICI.

The problem of distillation columns control systems design is actual for many years. When solving the problem of automatic control systems design for distillation columns, the problem of cross-coupling is always relevant. This problem becomes only more severe with increasing the distillation column structure complexity. The column complexity is connected, for example, with number of components, number of additional thermal flows, usage of the built-in column reactor, etc. Standard approach for design of distillation columns automatic control systems is to develop control systems of decentralized structure. Such systems contain autonomous SISO controllers. These can be both controllers, developed within the framework of classical control theory and controllers of other types (adaptive, fuzzy, nonlinear, etc.), assuming that they are SISO. The problem of selecting control pairings (configuration selection) is important within the framework of the decentralized approach for control system design. From the solution of this problem depends the stability of the control system as a whole, its quality indicators and potential compliance with the technological production operating protocol. Methods of choosing the decentralized control system configuration on the basis of distillation columns steady state and dynamics models are considered. Advantages and disadvantages of configuration choosing methods such as RGA, RIA, ERGA, RRA are considered. The features and limitations of each method is shown on the examples of distillation columns models. Additionally, attention is drawn to the methods of selecting a configuration that is resistant to disconnection of individual controllers. The method of calculation of the Niederlinski NI index and the LII index is considered. The application of PRGA matrices for complex plants and the calculation of the ICI integration on PRGA basis are presented on an example.