摘    要：為了研究蒸發過程的非線性控制，對六效逆流蒸發系統的穩態工作點附近建立了動態模型，并將模型轉化為仿射非線性系統的形式．接下來應用mimo的glc結構對這個非線性系統進行了輸入輸出線性化，對線性化后的系統應用pi控制律進行控制，并與常規的多回路pid控制做了對比。仿真結果表明，應用輸入輸出線性化控制策略消除了回路之間的耦合，能夠更好地跟蹤系統的設定值，并達到了節能降耗的目的。

關鍵詞：蒸發過程；非線性系統；相對階；輸入輸出線性化；pi調節

中圖分類號：tp 18    文獻標識碼：a

    氧化鋁母液蒸發系統的控制回路較多，既有對各效液位、溫度的控制，又有對各效密度的控制，是一個典型的多變量輸入輸出的非線性系統。蒸發系統的建模主要足2種方式，一種是以物料衡算和熱量衡算為基礎的機理模型，另一種是利用輸入輸出數據通過系統辨識的方法得到的動態模型。而鐘對蒸發系統的非線性特點，實現了各種****控制策略。文獻[4]應用非線性模型預測控制實現了對五效蒸發系統的控制，文獻[5]應用預測控制和模糊控制實現了對強制循環蒸發系統的控制，文獻[6]應用輸入輸出線性化實現了對單效蒸發系統的仿真并應用到了實際的工業過程，取得了很好的控制效果。

    由于蒸發過程的多變量、非線性的特點，使得多個回路之間有較強的耦合作用，單純的應用pid控制不能達到很好的控制性能。針對多變量輸入輸出的最小相位非線性系統，karvaris提出了全局線性化控制結構( clc)。隨后該方法應用到了實際的工業過程中。本文對六效逆流蒸發系統的蒸發過程進行非線性控制仿真研究。

    蒸發過程的主要作用是蒸發母液中多余的水分，使其苛性堿濃度達到一定的指標。

    其工藝采用的是六效逆流蒸發流程，蒸發器選用的是降膜管式蒸發器。蒸發母液首先經過六效蒸發器，再經循環泵蒸發后，由過料泵打人五效蒸發器。經過同樣的流程分別通過四效，三效，最后經一效蒸發器排出蒸發后的堿液。

  生蒸汽首先進入一、二、三效蒸發器，一效蒸發器的二次蒸汽進入二效，同樣二至五效的二次蒸氣分別進入下一效蒸發器，六效的二次蒸汽進入冷凝器，其中，三至六小的加熱蒸汽還來自四級閃蒸器的二次蒸汽，最后的強制混換蒸發器的二次蒸汽作為加熱蒸汽進入六效蒸發器。

工藝流程，如圖1所示。

 

    從蒸發工藝角度考慮要求保持蒸發器液位的恒定，同時為了保證最終堿液濃度指標需要設定一效蒸發器的出料密度。但是由于回路之間的耦合，單純的應用pid控制改變一效出料密度的設定值會使各效液位產生波動，而且會導致蒸汽消耗量偏大。

    由圖1中可以看出，蒸發系統的工藝流程復雜，應用物料衡算和熱量衡算可以分別對一效到六效的蒸發器建立其機理模型，限于篇幅本文只列出二效的機理模型。結合圖1對二效液位和密度由物料平衡可得：

式中，h為液位；q為流量；m為蒸汽流量；ρ為密度；a為蒸發器橫截面積（下同）。

    對二效溫度由熱量衡算可得：

式中，λ為蒸汽的汽化潛熱，在穩態工作點附近可近似為常數；c為溶液的比熱容，可由物料衡算計算出；m12而thf2可由熱量衡算得到，具體如下：

    其中，qd2，ρhf2可由物料平衡得出：

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