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。     

流量同时作为工艺优化变量和串级控制副变量时的工艺优化实现与分析

针对如何通过现存的"主被控变量-流量"这种典型的化工过程串级控制实现流量优化的在线优化问题,对在线优化的实现结构进行分析,给出一种流量优化变量通过一阶惯性环节改变主回路被控变量设定值的在线优化的理想方案,通过CSTR的仿真实例证明了优化实现方案的可行性。     

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...     

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。     

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。     

化工过程运行优化研究进展

首先介绍了化工过程运行优化的历史发展,阐述了工业过程运行优化的系统结构,对常规控制层、先进控制层、实时优化层、调度层和计划层分别作了说明,重点讨论了实时优化的研究热点;接着分析了实时优化和调度计划层的三类典型优化问题,即多目标优化、混合整数非线性规划以及动态优化;最后探讨了运行优化研究与应用在大规模化工过程建模和协同优化控制等方面所面临的挑战。     

TS法的改进及其在求解化工优化问题中的应用

TS算法属于现代优化算法,是局部领域搜索法的推广,常用于求解组合优化问题.利用TS法搜索过程的有向性和能够跳离局部最优解的特点,对其进行了改造,以适应求解连续变量化工优化问题.首先,根据化工优化问题变量的特性,提出了一种简便的邻域映射方案,并改进了迭代过程中自适应因子的下降函数;进一步分析对比了禁忌步数、自适应因子和初始解等参数对于优化结果的影响.然后通过算例和换热网络优化问题的求解,表明改造后的TS法在求解连续变量化工优化问题中的有效性,及其在化工优化领域的发展价值.     

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。     

石油化工过程先进控制和实时优化技术

石油化工工业作为全球最大的化工领域之一,在生产过程中面临着复杂的工艺控制和运营挑战。为了提高生产效率、产品质量和可持续性,先进控制和实时优化技术已经成为石油化工过程中不可或缺的工具。本文对石油化工生产过程进行了一定论述,在此基础上,进一步探讨了先进控制技术和实时优化技术,并结合石油化工的生产特点,分别从建立系统模型的方法、采集实时数据和建立模型以及模型在计算控制器目标函数中的应用等方面探讨了实施过程,进而为石油化工生产的安全高效进行提供可靠保障。     

综合可靠性优化的化工过程参数优化

首先针对化工过程进行参数优化过程,考虑系统可靠性问题,提出了一种综合可靠性优化的参数优化模型,利用系统可用性对过程产品产量进行修正,从而将系统可用性加入到过程模型当中。其次在优化过程中。为了避免因过程模型太复杂而导致计算量大的问题,提出了结合Unisim模拟软件的优化实现方法,利用Unisim计算每次迭代过程中的过程模型和目标函数值,直至优化过程收敛。最后将以上方法应用在某天然气处理过程中。结果表明：综合可靠性优化的参数优化模型,提高了化工过程的经济效益;基于Unisim的优化过程,不需要简化过程模型,能简单、快速、有效地得到优化结果。     

锂离子电池SOC估计和循环寿命预测方法研究

锂离子电池是目前广泛应用于电动车辆和可穿戴设备等领域的重要能量存储装置。为确保电池的安全性、性能和寿命,准确估计电池的状态-of-charge(SOC)和预测其循环寿命变得尤为重要。本文对锂离子电池SOC估计和循环寿命预测方法进行了深入研究。通过分析提出改进方案,使锂离子电池SOC估计和循环寿命预测得到优化,确保改进后可更准确、实时地完成SOC估计和循环寿命预测。     

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.     

压差——一个有待认识的精馏塔被控变量

以过程控制及化工原理为基础，论证了采用压差作为精馏塔基本被控变量的可靠性，指出了在哪几种工况下的精馏可采用压差来控制热媒流量并有其独特优点，拓展了压差这一基本被控变量在精馏中的及地位。     

化工过程总体裕量与控制性能的权衡优化

化工过程的总体裕量可以用操作优化的经济效益进行评价,根据稳态优化和动态优化的经济效益可进一步划分为服务于操作控制的控制裕量和表征过程可实现经济效益的工艺裕量,二者都与化工过程的控制性能有关。针对具有一定裕量的化工过程进行多目标动态优化,优化目标分别为操作点的经济效益与动态过程中的控制性能指标,采用0-1变量描述控制结构,将控制结构和控制器参数也作为优化变量进行混合整数动态优化,采用Constrained NSGA-Ⅱ算法求解非劣解集,根据非劣解集分析总体工艺裕量、总体控制裕量与控制性能指标的关系。通过催化裂化装置的实例分析发现,对于具有一定裕量的化工过程,控制性能越高,所需的总体控制裕量越多,表征操作优化可实现经济效益的总体工艺裕量越少,只有通过对总体控制裕量和总体工艺裕量进行权衡,才能找到兼顾工艺要求和控制性能的工艺操作点和控制设计方案。     

基于相对增益和优先级的化工过程协调优化裕量设计

化工过程设计裕量一般是通过设计经验或经济优化给出的,设计经验无法保证经济性能的优化,而经济优化需要求解大规模非线性优化问题,计算复杂,容易陷入局部极值点,设计结果有时与设计经验违背。本文用非方相对增益阵和非方相对能量增益阵描述化工过程设计的自变量和因变量的灵敏度关系,将自变量划分为操作变量和设计变量,将因变量划分为经济指标和约束变量。相对增益具有无量纲化和归一化的优点,因此可根据经济指标和约束变量的相对增益对操作变量和设计变量划分优先级,针对过程不确定性的大小按照优先级依次调整各个操作变量和设计变量,找到对过程经济性能影响最小并有效移动操作点、远离约束边界的裕量设计方案。以串联反应釜为例对该设计方法进行了验证,结果表明,与求解经济最优化问题的裕量设计方法相比,本设计方法得到了经济性能与之接近的设计结果,计算简单,无须求解最优化问题。     

化工过程总体裕量与控制性能的权衡优化

化工过程的总体裕量可以用操作优化的经济效益进行评价,根据稳态优化和动态优化的经济效益可进一步划分为服务于操作控制的控制裕量和表征过程可实现经济效益的工艺裕量,二者都与化工过程的控制性能有关。针对具有一定裕量的化工过程进行多目标动态优化,优化目标分别为操作点的经济效益与动态过程中的控制性能指标,采用0-1变量描述控制结构,将控制结构和控制器参数也作为优化变量进行混合整数动态优化,采用Constrained NSGA-Ⅱ算法求解非劣解集,根据非劣解集分析总体工艺裕量、总体控制裕量与控制性能指标的关系。通过催化裂化装置的实例分析发现,对于具有一定裕量的化工过程,控制性能越高,所需的总体控制裕量越多,表征操作优化可实现经济效益的总体工艺裕量越少,只有通过对总体控制裕量和总体工艺裕量进行权衡,才能找到兼顾工艺要求和控制性能的工艺操作点和控制设计方案。     

基于人工预测调控策略的复杂化工过程多任务学习方法

当前，PID反馈控制依然是化工生产过程的主要控制策略。然而，由于复杂化工过程通常具有大时滞和非线性等特性，使得PID控制对于一些关键过程参数控制的性能不佳。为此，在实际工程中通常是现场操作人员依据自身经验对其实施人工预测调控。为了能够从历史调控数据中学习人工预测调控策略，提出了一种多任务学习级联网络（LSTM multi-task network cascades,LSTM-MNC）。根据过程变量长短期不同趋势建立预测短期变化和长期趋势的过程预测模型，并学习过程预测模型估计信息与操纵变量序列的因果关系，由被控变量偏差预测支持操纵变量序列生成，实现生产过程的智能化调控。在工业换热器过程仿真平台上进行实验，获得了满意的结果，验证了所提方法的有效性。     

化工自动化仪表的自动控制过程研究

研究了化工自动化仪表的自动控制过程，强调了实时监测和数据采集在化工自动化中的作用，深入探讨了反馈控制和前馈控制两种常用的控制策略，特别关注了模型预测控制（MPC）这一高级多变量控制策略。结果表明，MPC能够满足化工自动化仪表自动控制需要，并为优化化工自动化仪表的自动控制过程提供有力支持。     

一类面向多级过程系统的实时进化方法

针对传统的实时优化执行前需要达到稳态、系统整体优化时间长、难以实时调整控制参数等问题提出一类面向多级过程系统的实时进化方法。把多级过程系统分成多个相互关联的子系统，当发生扰动时将系统等待稳态的过程分为若干个“拟稳态”。在每个拟稳态区间内，应用粒子群算法依次优化每一个子系统，其他各子系统设为静态，对子系统间的共享变量和内部变量进行协调，最终得到系统的最优解，把优化操作解送入控制器，连续改变系统设定值。给出了算法的详细步骤以两级串联反应器为对象进行了实例研究，验证了方法的有效性。