Синтез двухуровневой системы управления ректификационной колонной в технологическом процессе переработки попутных нефтяных газов

Abstract

Показана актуальность разработки технологических процессов переработки попутного нефтяного газа для обеспечения энергетической независимости Украины. Основным элементом схемы переработки нефтяного газа является ректификационная колонна. Качество разделения газа в колонне в значительной степени определяется качеством системы автоматического управления ректификационной колонной. В статье разработана и исследована новая двухуровневая система автоматического управления ректификационной колонной в технологическом процессе переработки попутного нефтяного газа. Разработка основана на решении следующих задач: описание динамики ректификационной колонны как многомерной системы с тремя входами и тремя выходами; выбор каналов управления нижнего уровня системы управления ректификационной колонной; синтез нижнего уровня системы автоматического управления с минимизацией влияния перекрестных каналов ректификационной колонны; разработка модели объекта для верхнего уровня системы автоматического управления; синтез верхнего уровня системы автоматического управления с использованием линейно-квадратичного регулятора; анализ качества разработанной системы автоматического управления на основе анализа переходных процессов, полученных при моделировании замкнутой двухуровневой системы управления при максимальных возмущениях как по нагрузке, так и по заданию. Анализ показал, что разработанная система автоматического управления повышает качество управления по сравнению с одноуровневой системой на основе пропорционально – интегральных регуляторов.

It shows the urgency of developing technological processes for processing associated petroleum gas to ensure Ukraine's energy independence. The main element of the scheme for processing oil gas is the distillation column. The quality of gas separation in the column is largely determined by the quality of the automatic control system of the distillation column. In the article, a new two-level automatic control system for the distillation column in the process of processing associated petroleum gas was developed and investigated. The development is based on the following tasks: description of the dynamics of the distillation column as a multivariable system with three inputs and three outputs; selection of control channels for the lower level of the distillation column control system; synthesis of the lower level of the automatic control system with minimization of the effect of the cross channels of the distillation column; the development of an object model for the upper level of the automatic control system; synthesis of the upper level of the automatic control system using a linear-quadratic controller; analysis of the quality of the developed automatic control system on the basis of the analysis of transient processes obtained in the simulation of a closed two-level control system with maximum disturbances both in terms of load and references. The analysis showed that the developed automatic control system improves the quality of control in comparison with a single-level system based on proportional-integral regulators.