38、卧式三相分离器的先进控制算法

卧式三相分离器的先进控制算法

1. 引言

在石油生产的工业过程中，分离器起着将水、油和气体进行相分离，把液体与气体、游离水与油分开的关键作用。分离器有垂直、水平和球形等不同类型，可分为两相或三相分离器。两相分离器存在不足，获取石油需要额外的工序，会在石油分离过程中产生问题，而三相分离器则能优化分离过程，提高最终产品的质量。

从过程控制的角度来看，三相分离器比两相分离器更高效。但由于它是一个多变量非线性系统，待控制的变量相互关联，这给控制带来了挑战。以往在设计三相分离器的控制策略时，常将其视为单输入单输出（SISO）系统，且使用传统的线性控制器，导致工业过程在瞬态的性能不如预期。因此，有必要开发多变量和先进的控制算法，以优化分离器的运行和性能。

传统的三相分离器控制器有多种，如PID控制器，其目的是维持分离器内的稳定压力；PI控制器用于维持所需的水位。然而，这些传统控制器大多将系统视为线性和单变量的，没有考虑到实际工业过程的多变量动态特性。先进的控制器，如模型预测控制（MPC）和模糊控制，在具有非线性和多变量动态的工业过程中表现出更好的性能，但在工业中却很少被应用，主要原因是控制设备大多是可编程逻辑控制器（PLC），缺乏实现这些策略的简单工具，且设计先进控制策略需要专业知识和经验。

为了解决这些问题，本文设计了一个用于卧式三相分离器的硬件在环（HIL）环境，可通过任何物理控制设备进行控制。同时，比较了传统控制器和先进控制器，以验证先进控制器在非线性多变量工业过程中的影响。

2. 三相分离器的描述和数学建模

2.1 三相分离器的操作描述

为了理解三相分离器的行为，可参考卧式三相分离器的管道和仪表流