基于全局正交配置的非线性预测控制算法

针对非线性预测控制(NMPC)在线优化计算量大这一关键问题,提出一种基于全局正交配置的非线性预测控制算法。该算法以高阶插值正交多项式为基函数同时配置优化时域内的状态变量和控制变量,将连续动态优化问题转化为非线性规划问题(NLP)求解。全局正交配置可以使用较少的配置点而获得较高的逼近精度,这样即使NMPC使用很长的优化时域,离散化后得到的NLP问题的规模也比较小,能够有效地降低在线优化计算量。最后,以连续聚合反应过程为例验证了算法的有效性。     

基于拉曼技术的汽油辛烷值测定系统设计

汽油辛烷值的实时检测对生产高品质的汽油及控制调和装置具有重要意义。针对传统辛烷值检测方法的不足,设计了基于拉曼分析技术的汽油调和过程中辛烷值的测定系统。系统由拉曼光谱检测、汽油拉曼光谱数据的预处理、汽油辛烷值预测模型组成。实践证明,该辛烷值测定系统能够准确检测调和过程中汽油辛烷值,并实时显示调和过程中汽油拉曼谱图。     

不确定条件下石化企业供应链计划优化

针对石化企业供应链计划层的不确定性,提出了一种多周期、多产品的计划优化模型。基于离散时间建模方法,利用模糊可能性方法将不确定性问题转化为确定性问题,建立了混合整数线性规划模型。同时采用模型预测控制思想,利用模型的动态属性为决策者提供了不同满意度下的决策序列。以某炼油企业供应链为实例,证明了本方法的有效性。     

二次求解具有控制切换结构的动态优化问题

基于多级表述策略,提出了二次求解具有控制切换结构动态优化问题的数值方法。基于常用的优化方法获得初始控制结构。动态优化问题根据控制结构进行分级,每一级对应一个特定的控制弧段,进而将原问题表述为一个多级动态优化问题。基于控制向量参数化(CVP),多级动态优化问题转化为一个非线性规划(NLP)问题进行求解。控制参数和级长作为优化变量。基于Pontryagin极大值原理,构造多级伴随系统,进而获得NLP求解器所需的梯度信息。仿真实例验证了方法的有效性。     

热定型过程能耗建模及PSO参数优化

热定型过程是印染工业中的主要耗能单元之一。首先,基于定型机的物理结构及工艺原理,依据换热平衡和牛顿热交换公式,推导出能耗与定型过程关键因素间的相互关联模型,即能耗模型。其次,在Matlab/Simulink软件中,对上述模型进行构建。最后,将能耗模型转化为能耗最小的优化问题,运用粒子群优化算法对其进行求解。现场工业数据的仿真研究表明：能耗模型符合现场工艺,粒子群优化结果已得到现场工程师的初步认可。     

基于仿射传播聚类的发酵过程建模

针对花生四烯酸(ARA)发酵过程复杂,机理模型表达不够准确以及单模型泛化能力弱的问题,提出采用基于仿射传播聚类的支持向量机(SVM)多模型建模算法进行该过程建模。该算法首先用仿射传播聚类(AP)算法对ARA样本数据进行聚类,再用SVM算法对各子类样本分别建立子模型。测试样本根据相似性的测度进行归类,并用所属子类的模型进行预测输出。ARA发酵过程的建模实验表明,与其他建模算法相比,基于仿射传播聚类的SVM多模型建模算法所建立的模型具有更高的回归精度和良好的泛化能力。     

基于代价敏感主动学习的氧化铝蒸发过程故障检测

针对氧化铝蒸发过程故障检测中标注者不切实际的假设和控制参数难以确定问题,提出改进的代价敏感主动学习方法。给出了代价敏感主动学习形式化描述和放松了标注者不切实际的假设。为了提高分类精度和减少标注代价,该方法结合粒子群优化和代价敏感主动学习。利用连续的粒子群优化代价敏感主动学习的控制参数,该参数用于最大化未标注样本的信息度和最小化标注代价。将所提出的方法应用于氧化铝蒸发过程故障检测,实验结果表明,该方法能正确地选择控制参数,有效地减少了误分类代价和标注代价,提高了故障检测率。     

一种新的多种群竞争粒子群优化算法及高密度聚乙烯装置操作优化

利用模糊C均值聚类对种群自适应划分,提出一种基于模糊C均值聚类的多群竞争粒子群优化算法。根据种群规模选择不同的寻优策略,规模大者采用标准粒子群算法寻优,规模小者在最优解邻域随机搜索,增大跳出局部最优概率。在每个聚类内部,个体相互通信,通过竞争学习分别找到各聚类种群的适应值,按照不同聚类的适应值排序,再把适应值小者向其邻近的适应值大者融合,通过种群间的竞争保证种群向最优解搜索。该算法避免陷入局部最优,提高了算法的全局搜索能力,通过标准函数验证了算法的有效性。最后,把提出的优化算法应用到高密度聚乙烯装置（HDPE）乙烯单体总消耗的优化操作,实际应用效果良好。     

基于非线性鲁棒连续回归的汽油干点软测量

针对RCR算法难以建立高精度的非线性软测量模型的问题,提出了一种径向基函数(radial basis function,RBF)与鲁棒连续回归(robust continuum regression,RCR)相结合的非线性RCR(nonlinear RCR,NLRCR)建模方法。该方法首先应用RBF将非线性样本数据映射到高维特征空间中,然后在高维特征空间中建立RCR线性回归模型。本文通过仿真实验,验证了方法的有效性。并将其应用于延迟焦化汽油干点的软测量建模中,获得了比RCR和RBF-PLS算法更高的预测精度。     

剪切扰动对液晶聚合物流变行为影响的数值模拟

采用有限体积数值方法模拟了剪切扰动条件下液晶聚合物的复杂流变性特性。其中剪切扰动系统通过给速度梯度施加一项额外小量而实现。首先,考虑了扰动为零的简单剪切流情形,分别得到了各种典型的分子运动状态,不但为剪切扰动的定性分析作了准备,而且也验证了数值算法的有效性。然后,重点研究了剪切扰动对分子运动行为转变的影响,数值结果表明流场中微小的剪切扰动在低剪切率和高剪切率下对分子演化状态的转变机理并不相同。此外,进一步预测了液晶聚合物流变行为及微观特性的变化,结果发现流场的扰动作用也会显著地改变其相应的物性函数。     

萃取精馏分离苯/环己烷共沸体系的控制策略

将常规萃取精馏、差压热耦合萃取精馏以及隔壁塔萃取精馏技术应用于以糠醛为萃取剂的苯和环己烷共沸物分离过程。在稳态模型的基础上,利用Aspen Dynamics软件进行控制研究,对三工艺流程提出了若干控制策略。结果表明,对于常规萃取精馏过程,再沸器热负荷与进料量比值控制结构在降低控制过程超调量方面表现出明显优势;对于差压热耦合萃取精馏过程,带有压力-补偿控温策略的方案控制效果更佳;而对于隔壁塔,则选择了无隔板下方气液分离比控制的结构来作为较优的控制策略。     

苯与十二烯烷基化悬浮床催化精馏塔的模拟

建立了苯与十二烯烷基化悬浮床催化精馏过程的动态平衡级模型,模型对过渡过程达到定态时的系统性能预测与定态实验数据和定态模拟结果吻合良好.利用模型模拟,就苯的进料位置、苯和混合烃进料流量的正向扰动对系统性能的影响进行了研究.结果表明：在给定条件下系统仅存在一个定态;反应段最后一块塔板是苯的最优进料位置;系统对于所施加量级的扰动是稳定的,其抗干扰能力很强.     

苯氯化侧反应精馏过程的系统设计与控制(英文)

The distillation column with side reactors (SRC) can overcome the temperature/pressure mismatch in the traditional reactive distillation, the column operates at temperature/pressure favorable for vapor-liquid separation, while the reactors operate at temperatures/pressures favorable for reaction kinetics. According to the smooth operation and automatic control problem of the distillation column with side reactors (SRC), the design, simulation calculation and dynamic control of the SCR process for chlorobenzene production are discussed in the paper. Firstly, the mechanism models, the integrated structure optimal design and process simulation systems are established, respectively. And then multivariable control schemes are designed, the controllability of SRC process based on the optimal steady-state integrated structure is explored. The dynamic response performances of closed-loop system against several disturbances are discussed to verify the effectiveness of control schemes for the SRC process. The simulating results show that the control structure using conventional control strategies can effectively overcome feeding disturbances in a specific range.     

乙酸戊酯酯化反应精馏过程系统控制模拟及分析

反应精馏技术是将反应和精馏两个单元操作耦合在一个设备中同时进行,其非线性给反应精馏过程的平稳操作和过程控制提出了更高的要求。目前,反应精馏过程控制研究都是针对特定反应体系进行的有针对性的研究,对于乙酸戊酯反应体系的控制研究少有报道。本文利用Aspen Plus和Aspen Dynamic 软件对乙酸戊酯的反应精馏过程进行动态模拟,针对塔釜产品组成要求提出温度控制和组成控制两种不同的控制方案,对两个控制系统分别进行±10%的进料流量扰动测试和酸醇比为1:1、1.2:1的进料组成扰动测试。研究了不同扰动对产品质量的影响并比较了两种方案在不同扰动干扰下的控制效果。结果表明:进料组成扰动会对两个控制方案造成较大影响;温度控制方案的控制稳定性要好于组成控制方案。     

聚丙烯环形反应器模拟与分析：（Ⅱ）动态特性和操作稳定性

建立了聚丙烯环形反应器动态数学模型,通过模拟计算,研究了工艺参数扰动时聚丙烯环形反应器的动态响应规律、反应器结构参数对动态特性的影响,并对冷却水流量和冷却水入口温度进行了动态操作稳定性分析。     

Optimal control and on-line operation of reactive batch distillation

While both the dynamic modelling, and to a lesser extent, the optimisation of reactive batch distillation have been studied in the past, issues related to control and on-line operation of such a process have not been properly addressed. In this study, a priori optimal profiles of the operating variables are established for an industrial reactive distillation process. The optimal profiles are found either by maximising the profitability or by minimising the operating time subject to constraints on the reactor temperature and the loss of volatile reactant in the distillate. The control properties at optimal and non-optimal conditions are assessed. A one-point column control scheme with a PI-controller is designed to implement the optimal profiles. The controller performance is tested using a simulation model including disturbances in the reaction model and in the reboiler heat duty. The fully automatic operation of the process according to the optimal policies is demonstrated in conjunction with both a continuous controller and a real time control system. Good performance is achieved in both cases.     

Modeling, simulation and control of dimethyl ether synthesis in an industrial fixed-bed reactor

Dimethyl ether (DME) as a clean fuel has attracted the interest of many researchers from both industrial communities and academia. The commercially proven process for large scale production of dimethyl ether consists of catalytic dehydration of methanol in an adiabatic fixed-bed reactor. In this study, the industrial reactor of DME synthesis with the accompanying feed preheater has been simulated and controlled in dynamic conditions. The proposed model, consisting of a set of algebraic and partial differential equations, is based on a heterogeneous one-dimensional unsteady state formulation. To verify the proposed model, the simulation results have been compared to available data from an industrial reactor at steady state conditions. A good agreement has been found between the simulation and plant data. A sensitivity analysis has been carried out to evaluate the influence of different possible disturbances on the process. Also, the controllability of the process has been investigated through dynamic simulation of the process under a conventional feedback PID controller. The responses of the system to disturbance and setpoint changes have shown that the control structure can maintain the process at the desired conditions with an appropriate dynamic behavior.     

二异丁烯反应精馏生产过程控制策略设计

二异丁烯是一种重要的化工中间体,近年来研究者提出了以催化裂化C₄为原料、采用反应精馏技术同时生产高纯二异丁烯和汽油添加剂的新工艺。由于反应精馏过程中非线性程度高,稳定控制困难,使得采用反应精馏技术生产二异丁烯过程的控制策略研究较少。采用Aspen dynamic软件进行动态模拟,针对反应精馏生产二异丁烯过程开发了温度控制方案、组分温度联合控制方案和组分温度串级控制方案。对3个控制系统进行（±10）%的进料流量扰动和（±5）%组成扰动测试并进行对比。结果表明：组分温度串级控制方案在添加扰动的情况下依然保证了二异丁烯质量分数99%,三异丁烯质量分数小于10%以及异丁烯转化率大于99%的要求,并且最终稳定时间约5 h,具有更好的抗干扰性能。研究结果能够为二异丁烯产品的生产工艺工业化应用提供设计依据。     

乳酸提纯新工艺动态建模仿真和控制系统设计

基于非平衡级和拟均相假设,建立了乳酸提纯反应精馏新工艺实验装置的动态机理模型.通过改进的数值计算方法提高了模型的求解效率,设计并实现了包含物性估算系统的模型仿真平台,以促进新工艺的工业化应用.利用仿真平台对新工艺装置进行了动态特性分析,在此基础上设计了两种单端质量控制方案:直接物料平衡和间接物料平衡方案.在不同类型和幅度的过程扰动下,分析比较了两种控制方案的调节性能.结果表明直接物料平衡方案控制品质优于间接物料平衡方案,可在不同扰动情况下满足过程的产品质量和转化率的联合控制要求.非平衡级动态机理模型能够反映反应精馏过程的动态特性,分析发现反应精馏过程有着独特的过程特性,基于机理模型的仿真平台是分析反应精馏特性的有效工具.     

连续搅拌釜式丙烯聚合反应器的模拟（Ⅱ）反应器的动态模拟

建立了丙烯液相本体聚合连续搅拌釜式反应器的动态数学模型，通过计算机模拟，研究了进夹套冷却水流量、丙烯蒸汽冷凝量、催比剂浓度及进料温度４个变量在矩形波和阶跃两种干扰方式下反应器的动态行为，为反应器控制系统的设计提供了定量依据。