基于被控变量在线建模的化工过程实时优化方法

选择合适的被控变量可对过程进行实时优化(RTO),但现有方法在设计阶段确定被控变量后,不允许对其进行在线调整,导致了RTO效果的局限性。针对这一问题,提出了一种基于被控变量在线建模的方法,使用局部建模技术在线寻找相似样本并建立一阶最优性必要条件(NCO)的估计模型,将其作为被控变量更新控制回路,在反馈控制作用下达到更好的RTO效果。对一个蒸发过程的研究表明,此方法能够通过对NCO的在线准确建模,增加生产过程的经济效益。     

串级控制对过程预测控制的影响分析与对策

化工过程控制中普遍设置以流量控制为副回路的串级控制来实现对温度、液位和成分等被控变量的控制。预测控制的操作变量在很多情况下也是流量,其控制作用的实现要靠底层的流量控制回路。本文针对由于现场串级控制结构不允许改变,流量副回路只能接收温度等主控制器的输出作为其给定值,造成上层预测控制的操作变量无法直接下载到流量控制回路的问题,分别提出了一种将上层优化输出通过一阶惯性滤波作用于主回路控制器和一种将串级控制中流量对主被控变量的传递函数嵌入预测控制模型的实施方案,通过Shell标准重油分馏塔的控制问题进行仿真实验证明了两种方案的可行性,并对其控制性能进行了比较分析。两种方法理论上构思简单,实际中易于实现,具有普遍适用性。     

一种构造化工过程被控变量的方法

针对化工过程的控制结构设计问题,提出了一种构造被控变量的新方法.选取最优性条件(NCO)为被控变量,可在反馈控制器作用下使过程运行在最优点.针对某些NCO条件在线不可测的问题,基于神经网络找到可测变量的非线性函数关系来近似NCO条件,并选取这些函数关系为被控变量.对一个放热反应过程的研究表明,提出的方法可对过程近似优化...     

全局自优化控制策略及其测量变量子集选择

针对过程系统的优化运行问题,介绍一种基于Monte Carlo模拟的全局自优化控制策略。利用非线性模型计算整个操作空间内的平均经济损失,通过对某些条件进行合理假设,得到全局被控变量的解析表达形式。为了平衡传感器成本和系统性能,在全局自优化控制策略的基础上,引入混合整数约束,对测量变量子集进行选择。通过求解混合整数规划问题,能够同时获得最优的测量变量子集以及由其构成的全局被控变量,此外上述子集选择方法还可以处理附加的结构性约束问题。通过对蒸发过程的研究表明,该方法可以更加高效地处理测量变量子集选择问题,通过对精馏塔案例的研究,进一步验证了该方法在处理结构性约束问题中的优势。     

催化裂化装置补充吸收剂流量操作优化及其控制实现

利用流程模拟软件UniSim Design对某石化厂60万吨/年催化裂化装置的吸收稳定系统进行稳态和动态的流程模拟。利用稳态模型,以能耗最小为优化目标,以产品质量指标为约束条件对补充吸收剂流量进行操作优化。利用动态模型作为虚拟装置并用控制的手段将操作优化的结果予以实现,通过实验对比分析,应该以产品质量指标作为被控变量才能保证优化实现的过程中质量不超标,同时多变量预测控制的效果要比单回路控制效果好,但是将补充吸收剂流量分多次加载,可以改善单回路控制的控制效果。     

基于子系统关联变量轮换的大系统在线协调优化

化工过程复杂大系统的在线优化过程中,存在流程前后的关联导致优化时间过长或得不到优化解的问题,需要按子系统优化并协调的优化方法来解决,而协调优化方法存在关联变量寻优方向不一致的问题。提出了一种基于子系统间关联变量轮换思想的分解协调优化方法,对大系统分解得到的子系统以轮换的方式进行优化,子系统中包含的多个优化问题分别在固定关联变量优化独立变量和固定独立变量优化关联变量的条件下求解,此轮换过程迭代进行,直至满足优化终止条件。将提出的方法应用在催化裂化装置仿真实例中与整体优化方法的结果作比较,证明了方法的有效性。最后,将基于关联变量轮换的协调优化方法应用在化工过程的在线优化中,结果表明本方法在在线优化应用中是可行的。     

化工过程的自优化控制:原理、发展与应用展望

自优化控制(SOC)是一种通过选择被控变量实现化工过程实时优化的控制系统设计方法,具有控制结构简单、优化效果好等优点,近年来得到了快速发展。详细阐述了SOC的基本工作原理及其在过程控制系统中的定位与作用,对其发展历程和研究现状进行了系统性的总结,主要包括:被控变量求解方法、变量筛选快速算法、可变约束集问题、间歇过程SOC方法和混合实时优化策略等内容。最后,全面回顾了现阶段SOC在化工过程中的应用案例,并从理论和实践角度对其未来发展方向进行展望。     

一种基于模型的多变量协调控制技术

给出的基于模型的多变量协调控制技术将被控变量的动态控制问题与操作变量的静态优化问题有机地结合起来.对于操作变量多于被控变量的“胖”系统,本控制技术在保证对关键变量实施定点控制的同时,综合考虑操作变量的控制速度、操作成本等经济因素,尽可能将一些操作变量协调至理想操作区内,达到优化(节能、降耗)的目的.对于操作变量少于被控变量的“瘦”系统,则据被控变量的重要程度对其施加不同的控制.给出了控制器的唯一解条件、稳态无差和稳定性性质.针对催化裂化主分馏塔给出的仿真结果说明本协调控制有良好的控制性能,适合生产过程的需要.     

间歇过程的批间自优化控制

针对间歇过程的实时优化问题,提出了一种基于最优性条件近似法的批间自优化控制策略。首先获取标称工作点的最优输入轨迹形态,将其参数化为少量决策变量,简化问题复杂度。然后根据参数化后的决策变量得到批间优化的最优性条件,并建立批次终端可测变量和最优性条件之间的回归模型,将其作为被控变量进行批间跟踪控制。对一个间歇反应器进行了仿真研究,结果表明方法能有效实现间歇过程的批间自优化控制。     

PTA溶剂脱水塔先进控制与在线优化

从PTA溶剂脱水塔的工艺操作特点出发，运用RMPCT多变量预测控制软件，建立以塔顶与塔釜组分为被控变量，以塔釜温度回路设定值和回流量为操纵变量的溶剂脱水塔先进控制与在线优化系统．稳定溶剂脱水塔的操作，综合降低塔的酸耗和蒸汽消耗，取得满意的控制效果。     

混合机旋转变频自控系统的优化

针对某混合机转速控制系统的振荡和超调现象,基于工控机、PLC和变频器设计混合机旋转变频自控系统,并在GX Developer软件平台上设计旋转方向、速度、转矩的控制与显示流程。实际运行结果表明:优化设计后的转速系统运行效果在10r/min的设定值上,再未出现超调、衰减、发散和频繁振荡现象;而且其他转速设定值的控制品质也有同样良好的控制效果。     

Model-free real-time optimization of process systems using safe Bayesian optimization

Conventional real-time optimization (RTO) requires detailed process models, which may be challenging or expensive to obtain. Model-free RTO methods are an attractive alternative to circumvent the challenge of developing accurate models. Most model-free RTO methods are based on estimating the steady-state cost gradient with respect to the decision variables and driving the estimated gradient to zero using integral action. However, accurate gradient estimation requires clear time scale separation from the plant dynamics, such that the dynamic plant can be assumed to be a static map. For processes with long settling times, this can lead to prohibitively slow convergence to the optimum. To avoid the need to estimate the cost gradients from the measurement, this article uses Bayesian optimization, which is a zeroth order black-box optimization framework. In particular, this article uses a safe Bayesian optimization based on interior point methods to ensure that the setpoints computed by the model-free steady-state RTO layer are guaranteed to be feasible with high probability (i.e., the safety-critical constraints will not be violated at steady-state). The proposed method can thus be seen as a model-free variant of the conventional two-step steady-state RTO framework (with steady-state detection), which is demonstrated on a benchmark Williams-Otto reactor example.     

福建乙烯装置裂解炉优化运行概述

根据裂解炉开工后实际运行情况,从控制、原料、运行模式和管理等方面对裂解炉运行进行优化,实现了新建乙烯装置裂解炉安全、平稳和长周期运行。结果发现：通过不断调整测试和优化,裂解炉实现了100％自控率;依据原料性质,停止裂解重石脑油,将重石脑油全部改供给小重整装置做原料,同时将碳四与轻石脑油混和,提高了产率与原料利用率;采用“7＋l”裂解模式并进行在线烧焦大大降低了运行成本。     

微粒群优化算法研究进展

围绕微粒群优化(PSO)算法的原理、特点、改进、应用等方面进行全面综述,介绍针对复杂环境的PSO研究内容,包括多目标、约束、离散和动态优化等,提出PSO有待进一步研究的若干方向和内容。     

A new approach for global optimization of a class of MINLP problems with applications to water management and pooling problems

One of the biggest challenges in solving optimization engineering problems is rooted in the nonlinearities and nonconvexities, which arise from bilinear terms corresponding to component material balances and/or concave functions used to estimate capital cost of equipments. The procedure proposed uses an MILP lower bound constructed using partitioning of certain variables, similar to the one used by other approaches. The core of the method is to bound contract a set of variables that are not necessarily the ones being partitioned. The procedure for bound contraction consists of a novel interval elimination procedure that has several variants. Once bound contraction is exhausted the method increases the number of intervals or resorts to a branch and bound strategy where bound contraction takes place at each node. The procedure is illustrated with examples of water management and pooling problems. © 2011 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 58: 2320–2335, 2012     

钢水“脱氧合金化”配料方案的优化

脱氧合金化是钢水冶炼中的重要环节之一,此工艺是通过向钢水中添加不同的物料,使最终的成品钢拥有某些特定的物理属性。在钢水的脱氧合金化过程中,合金的加入量极大地影响着最后成品钢的质量。对在保证钢水质量的同时,如何将合金钢的生产成本降到最低的问题,提供了炼钢过程中合金料的成本优化方案。     

正交设计法优化Bt发酵培养基

采用正交实验方法,进行摇瓶发酵培养基筛选试验来优化苏云金芽孢杆菌发酵培养基,通过测量发酵液吸光度值来确定不同农副产品培养基成分对苏云金芽孢杆菌发酵的影响,从而使培养基优化过程简单易行。实验结果表明,不同培养基成分配比对发酵效果影响差别很大,试验所得的最佳培养基组合为:玉米粉2.0%、豆饼粉3.5%、鱼粉2.0%、花生饼粉2.0%、淀粉1.0%、K2HPO40.3%、CaCO30.3%。     

HEURISTIC FEED RATE PROFILES FOR OPTIMAL YIELD AND PRODUCTIVITY OF FED-BATCH BIOPROCESSES

The optimization of two important classes of fed-batch fermentation processes with respect to the limiting substrate feed rate is considered: (i) growth of one biomass on one limiting substrate, and (ii) growth and product formation on one substrate. For these two types of bioprocesses, two different performance criteria are compared: yield and productivity. Heuristic Teed rate profiles are derived based on (i) the optimal control solution according to the minimum principle, and (ii) the qualitative behavior of the specific rates for growth and possibly product formation. For biomass production processes, it is illustrated that the heuristic strategy coincides exactly with the optimal control solution, while its structure is independent of the performance index considered. For product formation processes, it is illustrated that the same heuristic approach can be used to optimize both yield and productivity in spite of the well known conflict between them.     

碳纤维复合材料缠绕气瓶优化研究进展

碳纤维复合材料缠绕气瓶具有质量轻、刚性好、强度高、寿命长、安全性高等优势,自问世以来就受到各行各业的青睐。文中总结归纳了碳纤维复合材料缠绕气瓶国内外优化研究的进展,具体从自紧压力优化,质量优化,材料与结构优化三个方面进行了阐述。     

基于粒子群优化算法的板翅式换热器优化设计

以板翅式换热器的质量作为目标函数,以换热器芯体外形尺寸和翅片参数作为优化变量,采用粒子群优化算法对其结构尺寸进行优化设计,获得了换热器质量减轻、体积减小的效果。