工业应用中的动态优化方法研究

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1、浙江大学硕士学位论文(如：实行怎样的离散策略才更有利于求出最优控制轨迹)，需要专门进行分析和研究．1．2．3动态优化的发展概况从20世纪60年代至今，动态优化(也常称为最优控制)在理论研究和实际应用领域的发展都十分令人瞩目，它己经由一种学术界乐于探究的方法论演变为一项正在并将继续对过程工业产生重大影响的技术[Vinter,2002；Biegler&Grossmann,2004]．近二十年来，随着过程性能指标及规格限制越来越严格，过程工业面临越来越激烈的市场竞争，同时AspenCustomModeler、AspenDynamics和gPROMS等强大动态仿真和动态优化商业软件的推出，使化工过

2、程的动态仿真和动态优化得到了越来越广泛的发展和应用【Chachuat，eta1．，2006]。AspenCustomModeler是美国AspenTechnology公司推出的化工过程动态模型开发软件，是一套建立在联立微黼数方程组求积分解基础上的动态模拟系统．它包括一套单元操作的动态模型库(其中有各种控制和阀门模型)，并使用和AspenPlus一样的物性数据库(PROPERTIESPLUS)，这样可使稳态及动态模拟计算结果保持一致性．该软件采用最新的Windows图形界面，具有交互式运行、图形生成及显示、内装专家系统等功能，为准确、完整、快捷地建立化工过程模拟提供了极大地便利．利用该软件可

3、对化工过程实现稳态和动态模拟、参数估计、稳态优化等功能；对模拟结果进行多种分析和处理；另外还可以根据用户需要作图、列表及生成工艺控制流程图等【王洪元，20011。AspenCustomModeler常用的几个方面是：l、提高可操作性：包括开车方案，正常操作规程；2，改进安全性：包括释放系统，事故分析；3、改进过程控制方案：测试可能的控制方案，研究先进控制策略；4、开发用户模型及优化过程操作．由于解算动态模型的微分方程组时，初值条件好坏非常关键，因此，计算之前必须输入一组稳态初值作为计算起始点．这种稳态初值通常由AspenPlus模拟结果提供．AspenDynamics是建立在AspenTe

4、ch一整套完善高品质的ASPENPLUS工71．绪论程模型基础上的动态建模软件．它基于联立方程的建模技术，运用成熟的隐式积分与数值方法来做动态流程模拟，具有快速、精确与鲁棒性等优点；功能强大，简单易用，几分钟之内便可得到精确的动态结果；可方便地用于工程设计与生产操作全过程，模拟实际装置运行的动态特性，从而提高装置的操作弹性、安全性，增加处理量。AspenDynamics能用于实际工厂操作，如故障诊断、控制方案分析、操作性分析和安全性分析等，对塔开车、间歇过程、半间歇过程和连续过程都可以建立精确的模型．对于相交、干塔和容器溢流等复杂而头痛的不连续过程的模拟问题，AspenTech已经独创了一

5、套崭新的技术来解决这些难题，这套新方法不仅鲁棒性高，而且快速精确．gPROMS(generalPROcessModellingSystems)是英国PSE公司于1997年推出的基于模型的计算软件包，它主要面对化工生产对象，是由英国帝国理工学院系统工程中心，以Pantelides教授等为首的学者研制开发的模型化与模拟软件，其前身是英国帝国理工学院的SPEEDUP软件包。gPROMS是一种面向方程的过程模拟与优化软件，它与面向单元的模拟软件不同，不受过程和模型的限制．过程模型方程可以是稳态的或动态的，模型可以是代数方程、微分方程、积分方程，或兼而有之．其内置的特有的DAE求解算法和动态优化算法

6、的强大求解能力，在间歇过程、稳态过程的启停以及切换等动态优化过程备受青睐【刘兴高，2007]．此外，还有SimulationScience公司结合美国壳牌石油公司的流程模拟产品Opera的Remeo，Honeywell公司的先进控制和优化软件包ProfitSuite，以及英国KBC公司的桌面炼油软件Petrofme等．动态优化的应用领域主要包括：(1)间歇过程(尤其是反应器和分离器)最优控制轨迹的决策[Rappin,1983；Charalambides，1996；Srinivasan,etc．，2003】(2)连续过程操作条件转变或负荷变化时的最优切换轨迹的决策【Fik甄etc．，1999

7、；Flores-Tlacuahuac，2005】(3)分布式过程单元(如吸附分离器、化学气体分离反应器、微尺度反应器)的最优设计[Chachuat,etc，2005；Nilchan&Pantelides，1998；Raja．2000】(4)化学反应器动力学参数的最佳匹配【Bock，1981；Walter&Pronzato，1997；浙江大学硕士学位论文Singer,ete．，2006】(5)最佳实验设计[Emery&Ne