摘    要：为了研究蒸发过程的非线性控制，对六效逆流蒸发系统的稳态工作点附近建立了动态模型，并将模型转化为仿射非线性系统的形式．接下来应用mimo的glc结构对这个非线性系统进行了输入输出线性化，对线性化后的系统应用pi控制律进行控制，并与常规的多回路pid控制做了对比。仿真结果表明，应用输入输出线性化控制策略消除了回路之间的耦合，能够更好地跟踪系统的设定值，并达到了节能降耗的目的。

关键词：蒸发过程；非线性系统；相对阶；输入输出线性化；pi调节

中图分类号：tp 18    文献标识码：a

    氧化铝母液蒸发系统的控制回路较多，既有对各效液位、温度的控制，又有对各效密度的控制，是一个典型的多变量输入输出的非线性系统。蒸发系统的建模主要足2种方式，一种是以物料衡算和热量衡算为基础的机理模型，另一种是利用输入输出数据通过系统辨识的方法得到的动态模型。而钟对蒸发系统的非线性特点，实现了各种****控制策略。文献[4]应用非线性模型预测控制实现了对五效蒸发系统的控制，文献[5]应用预测控制和模糊控制实现了对强制循环蒸发系统的控制，文献[6]应用输入输出线性化实现了对单效蒸发系统的仿真并应用到了实际的工业过程，取得了很好的控制效果。

    由于蒸发过程的多变量、非线性的特点，使得多个回路之间有较强的耦合作用，单纯的应用pid控制不能达到很好的控制性能。针对多变量输入输出的最小相位非线性系统，karvaris提出了全局线性化控制结构( clc)。随后该方法应用到了实际的工业过程中。本文对六效逆流蒸发系统的蒸发过程进行非线性控制仿真研究。

    蒸发过程的主要作用是蒸发母液中多余的水分，使其苛性碱浓度达到一定的指标。

    其工艺采用的是六效逆流蒸发流程，蒸发器选用的是降膜管式蒸发器。蒸发母液首先经过六效蒸发器，再经循环泵蒸发后，由过料泵打人五效蒸发器。经过同样的流程分别通过四效，三效，最后经一效蒸发器排出蒸发后的碱液。

  生蒸汽首先进入一、二、三效蒸发器，一效蒸发器的二次蒸汽进入二效，同样二至五效的二次蒸气分别进入下一效蒸发器，六效的二次蒸汽进入冷凝器，其中，三至六小的加热蒸汽还来自四级闪蒸器的二次蒸汽，最后的强制混换蒸发器的二次蒸汽作为加热蒸汽进入六效蒸发器。

工艺流程，如图1所示。

 

    从蒸发工艺角度考虑要求保持蒸发器液位的恒定，同时为了保证最终碱液浓度指标需要设定一效蒸发器的出料密度。但是由于回路之间的耦合，单纯的应用pid控制改变一效出料密度的设定值会使各效液位产生波动，而且会导致蒸汽消耗量偏大。

    由图1中可以看出，蒸发系统的工艺流程复杂，应用物料衡算和热量衡算可以分别对一效到六效的蒸发器建立其机理模型，限于篇幅本文只列出二效的机理模型。结合图1对二效液位和密度由物料平衡可得：

式中，h为液位；q为流量；m为蒸汽流量；ρ为密度；a为蒸发器横截面积（下同）。

    对二效温度由热量衡算可得：

式中，λ为蒸汽的汽化潜热，在稳态工作点附近可近似为常数；c为溶液的比热容，可由物料衡算计算出；m12而thf2可由热量衡算得到，具体如下：

    其中，qd2，ρhf2可由物料平衡得出：

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