1.一种二元精馏过程的自抗扰控制结构,其特征在于,所述控制结构由冷凝器持液量控制回路、再沸器持液量控制回路、塔底轻组分产出物液相浓度控制回路和塔顶轻组分产出物液相浓度串级控制回路组成;
所述冷凝器持液量控制回路包括设置在冷凝器中的液位传感器一、控制器一和塔顶出料泵,所述液位传感器一输出端与控制器一的端口连接,所述控制器的端口与塔顶出料泵电控驱动端连接;
所述再沸器持液量控制回路包括设置在再沸器中的液位传感器二、控制器二和塔底出料泵,所述液位传感器二的输出端和控制器二的控制端连接,所述控制器二与塔底出料泵电控驱动端连接;
所述塔底轻组分产出物液相浓度控制回路包括设置在再沸器中的液位传感器二、温度传感器一、压力传感器一、控制器三和气体调节阀,所述液位传感器二、温度传感器一和压力传感器一的输出端与控制器三控制接口连接,所述控制器三与气体调节阀的阀门电控驱动端连接;
所述塔顶轻组分产出物液相浓度串级控制回路包括设置在冷凝器中的液位传感器一、温度传感器二、压力传感器二、控制器四、塔顶回流泵、设置在N‑1层塔板的温度传感器三、压力传感器三和液位传感器三,所述液位传感器一、液位传感器三、温度传感器二、温度传感器三、压力传感器二、压力传感器三和控制器四控制端连接,所述控制器四与塔顶回流泵电控驱动端连接;
二元精馏过程的自抗扰控制结构的控制方法,控制方法利用所述塔底轻组分产出物液相浓度控制回路和塔顶轻组分产出物液相浓度串级控制回路中的温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三和压力传感器一、压力传感器二、压力传感器三的数据,根据Antoine方程式(1)和气液相平衡方程式(2)推断对应塔板轻组分产出物浓度:yi(k)=αxi(k)/(1+(α‑1)xi(k)) (2)
其中,xi(k)和yi(k)分别表示第k个采样时刻第i层塔板轻组分产出物在液相和气相中的浓度,Pi(k)和Ti(k)分别表示第k个采样时刻第i层塔板的压强与温度,i的取值范围为{1,N‑1,N},i=D=N表示冷凝器,i=B=1表示再沸器,α为相对挥发度,a、b、c为安东尼常数;
以冷凝器持液量MD为被控变量,以塔顶物料流出速率D为操纵变量,控制器一采用自抗扰控制器,根据如下公式求取控制量D=u1的流出速率:u1(k)=[k1(r1(k)‑z1(k))‑z2(k)]/b1 (4)其中,式(3)为冷凝器持液量控制回路的扩张状态观测器,z1(k)为冷凝器持液量MD的观测值,z2(k)为控制回路总扰动的观测值,r1(k)为被控变量MD的设定值,b1=‑1,u1=D,ω1为扩张状态观测器可调节的增益参数,式(4)为控制回路的自抗扰控制律,k1为可调节的反馈控制律参数;
以再沸器持液量MB为被控变量,以塔底出料速率B为操纵变量,控制器二采用自抗扰控制器,根据如下公式求取控制量B=u2的流出速率:u2(k)=[k2(r2(k)‑z3(k))‑z4]/b2 (6)
其中,式(5)为再沸器持液量控制回路的扩张状态观测器,z3(k)为再沸器持液量MB的观测值,z4(k)为控制回路总扰动的观测值,r2(k)为被控变量MB的设定值,b2=‑1,u2=B,ω2为扩张状态观测器可调节的增益参数,式(6)为控制回路的自抗扰控制律,k2为可调节的反馈控制律参数;
以塔底轻组分物料液相浓度xB为被控变量,以蒸汽产生速率VB为操纵变量,控制器三采用自抗扰控制器,根据如下公式求取控制量VB=u3的流出速率:u3(k)=[k3(r3(k)‑z5(k))‑z6(k)]/b3(k) (8)其中,式(7)为塔底轻组分物料浓度控制回路的扩张状态观测器,z5(k)为xB的观测值,z6(k)为控制回路总扰动的观测值,r3(k)为被控变量xB的设定值,b3(k)=(xB(k)‑y1(k))/MB(k),u3=VB,ω3为扩张状态观测器可调节的增益参数,式(8)为控制回路的自抗扰控制律,k3为可调节的反馈控制律参数;
外环主控制器以塔顶轻组分物料液相浓度xD为被控变量,主控制器四的输出作为内环控制回路的设定值,内环副控制器以N‑1层塔板的轻组分物料气相浓度yN‑1为被控变量,以冷凝液回流速率LT为操纵变量,控制器采用自抗扰控制器,根据如下公式求取控制量LT=u5的回流速率:u4(k)=[k4(r4(k)‑z7(k))‑z8(k)]/b4(k) (10)u5(k)=[k5(u4(k)‑z9(k))‑z10(k)]/b5(k) (12)其中,式(9)和式(11)为塔顶轻组分产出物浓度串级控制主副回路的扩张状态观测器,z7(k)为xD的观测值,z8(k)为主控制回路总扰动的观测值,z9(k)为yN‑1的观测值,z10(k)为副控制回路总扰动的观测值,r4(k)为被控变量xB的设定值,b4(k)=VB(k)/MD(k),ω4和ω5为内外环扩张状态观测器可调节的增益参数,式(10)和式(12)为内外环控制回路的自抗扰控制律,k4和k5为可调节的反馈控制律参数。