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联合站集输系统最优控制律研究

刘合  
【摘要】: 本文针对油田联合站集输系统进行了建模和最优控制律研究。 通过对联合站集输系统的现场工况的深入了解,明晰了集输系统工艺流程、工艺参数,分析了集输系统变量及其关系。 本文将小波信号分析理论应用于油田联合站集输系统信号处理中,利用小波多分辨率分析的特性对获得的现场信号进行处理,剔除由于干扰等原因引起的突变信号,获得可利用的系统输入输出趋势信号。 进一步通过对联合站集输系统的机理分析,选取适当的模型变量;利用小波分频特性,设计了分解/综合滤波器,在各频带内估计系统传递函数模型,从而,首次建立了整个联合站集输大系统数学模型,并得到了实用的线性状态空间表达式。通过计算机仿真,验证了模型的正确性。 预测控制已经在很多领域取得了巨大的成功。针对油田联合站集输系统参数间关联严重这一实际问题,本文提出了采用有约束的动态矩阵预测算法对其进行控制,给出了一个有约束的前馈多变量DMC算法。仿真结果表明在系统干扰不是很严重的情况下,该算法有效,控制效果好;但是当系统受扰严重时,此算法控制效果不理想。 为了弥补预测控制抗干扰能力差的不足,进一步选择了鲁棒H_∞算法,首次将这种先进的控制算法应用于联合站集输系统中。提出了根据集输系统来液量干扰波谱能量分析选择系统加权函数阵的思想,合理的选择了保证系统鲁棒性能的函数加权阵。基于H_∞混合灵敏度最小控制器设计的基本原理,建立了系统的H_∞混合灵敏度最小标准设计问题模型。进一步证明了系统增广矩阵对于代数Riccati方程解法要求的符合性,利用标准ARE方法设计了联合站集输系统的鲁棒H_∞控制器。 通过MATLAB语言计算机仿真和半物理系统仿真,将得到的仿真结果进行比较分析,确定了预测控制和鲁棒控制各自的优点和不足。鉴于此,提出了将预测控制与鲁棒H_∞控制并联挂接,构成一个广义变结构控制系统,在 哈尔滨工程大学博士学位论文 一 半物理仿真实验室中进行系统仿真分析。仿真结果表明:游离水脱除器、电 脱水器的油水界面高度与压力在允许的范围内波动,控制指标外输原油含 水、脱除污水含油等指标均满足工艺要求。该控制方案成功的解决了联合站 集输系统多变量、强耦合、干扰大的控制难点,为联合站的安全生产、保证 脱水质量、减小了工人劳动强度、增加了经济效益。对提高油田联合站集输 系统的自动化水平,有重要意义。


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