基于预测算法的温度PID控制系统设计与仿真.doc

摘要：原油是由多种物质混合而成，内质尤为繁复，经过蒸馏原油的加工和处理，即可按照不同需求得到不同的油品种类，我们所常知的就有汽油、煤油、柴油等。用这种加工方法，能够降低煤油耗损量，而增加所需油品的产出率。这样轻油产出越来越多，为后面的二、三次加工供出的原油也会越来越多。一个国家的炼油工业是否发展迅速，看的就是这原油蒸馏的处理能力。因此，设计一套能精确控制原油蒸馏加热的温度控制系统就是非常有意义的。

本文是基于原油蒸馏，将常压炉加热的出口温度变化作为主要研究对象，并系统地建立了在蒸馏过程中常压炉的出口温度变化的模型。对传统PID控制进行了仿真，并分析了它的功能缺陷，然后提出了基于预测算法的温度PID控制，用来对常压炉内的温度上升控制过程进行改良和优化。再利用MATLAB软件设计并仿真两种控制方案，分析得出传统PID控制不如预测控制的效果准确。

最后在西门子S7-300中实现顺序控制程序的编写，还对过程工艺设计了安全联锁的装置报警系统，并结合现场温度、压力、液位、称重检测传感技术、控制调节阀等执行装置等等仪表技术来实现设计目标。同时应用组态王等软件上位机系统，将生产过程数字化记录，便于事后监控生产质量回查。

关键词：原油蒸馏；PID控制；预测控制；MATLAB仿真；S7-300与组态

目录

摘要

Abstract

1. 绪论-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 国内外研究现状和发展趋势-1

1.2.1 国内现状-2

1.2.2 国外现状-2

1.3 工作安排-3

2. 原油蒸馏工艺以及系统模型的建立-4

2.1 工艺流程介绍-4

2.2 常压炉温度控制系统模型的建立与简化-5

2.3 反应装置的联锁报警-8

3. 控制方案的设计与仿真-12

3.1 PID控制-12

3.2 PID控制系统参数整定以及MATLAB仿真-14

3.3 预测控制-17

3.3.1 预测模型-18

3.3.2 滚动优化-18

3.3.3 反馈校正-19

3.4 一阶加纯滞后系统的预测函数控制算法-19

3.5 预测PID控制MATLAB仿真-26

3.6 控制性能比较与分析-26

4.硬件选型与程序编写-28

4.1 硬件选型-28

4.1.1 CPU选型-28

4.1.2 数字量I/O地址分配-28

4.1.3 模拟量I/O地址分配-28

4.1.4 硬件选型操作-28

4.2 工艺流程设定-29

4.2.1工艺控制流程-29

4.3 控制程序设计-30

4.3.1 顺序控制系统程序设计-30

4.3.2 符号表-36

5.组态界面设置-37

6.总结-41

参考文献-43

致 谢-44