基于双层优化策略的过程工艺与控制系统集成设计方法研究

《基于双层优化策略的过程工艺与控制系统集成设计方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据浙江工业大学硕士论文4．4过程工艺和控制系统的决策优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一484．5柔性检验方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一524．6案例研究结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．554．7本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．61第五章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一635．1全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯．635．2研究展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．64参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯65攻读硕士期间发表的学术论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯71致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一73万方数据浙江工业大学硕士论文1．1选题背景及意义第一章绪论弟一旱殖T匕在过去，化工过程的设计是通过分步序贯设计方法来实现的。分步序贯设计方法在设计的初始阶段致

3、力于通过稳态经济优化对过程进行综合分析，并确定过程的操作条件。过程的综合和操作条件的确定都是在稳态假设的前提下完成的，也就是说在进行工艺设计之前，先假定可以设计一套控制系统并应用于所设计的过程中，以确保过程在其柔性区域安全稳定地运行。这些设计步骤完成之后，过程的设计参数(如工艺装置的负荷、设备尺寸和工艺操作条件)也便确定了。分步序贯设计方法中设计的最后一个步骤通常由保证过程维持在期望质量指标上的可控性分析和相应控制系统的优化设计组成。传统分步序贯设计方法的基本框架如图1．1所示。在这种传统的分步序贯设计方法

4、中，工艺设计仅基于过程的稳态模型，在工艺设计阶段并没有考虑确保过程动态性能的控制系统的设计，其控制系统的设计通常是在工艺设计完成之后才执行的。分步序贯设计方法只有在控制设计阶段才会考虑过程的可操作性，然而，一个系统动态控制性能的好坏，通常由被控过程的内在特性所决定，而被控过程的特性通常受工艺设计结果的限制，将工艺设计和控制设计置于两个不同的阶段分步实现的做法往往不能确保所设计的化工过程达到整体性能上的最优【3】。当我们将分步序贯设计方法应用于实际过程时，通常发现所获得的设计结果存在一定的不足，特别是动态性能

5、方面。这是因为在设计的初始阶段所作的假设并不完全满足随后阶段中控制系统的设计要求。由于控制器的操作范围受到设计规格(如在初始设计阶段固定控制阀的大小)的限制，所以在外部扰动存在的情况下，过程的闭环性能可能无法得到满足。并且我们不能确保通过优化一个基于稳态性能的成本函数所获得的工艺操作条件在干扰和不确定参数存在的情况下是最优的。某些时候我们甚至会发现，分步序贯设计方法所得到的过程系统在投运于实际过程时，在外界干扰和不确定因素存在的情况下其实是不可控的。万方数据浙江工业大学硕士论文图1．1过程控制与工艺序贯设计

6、方法实际化工过程通常是受到一系列连续扰动影响的动态系统。这些扰动总体上可以分为两种类型：进入系统的不可测外界干扰、工艺参数及操作条件的不确定性变化。后一类扰动被称作过程参数的不确定性。正因为各种干扰和不确定因素的存在，通常导致系统在实际运行过程中偏离最优稳态操作点，甚至使系统陷入无法操作的状态。为了获得一个更贴近工厂实际的设计，化工过程设计师必须对这些过程干扰和不确定性进行考虑【2】。另一方面，在这样一个竞争激烈、担忧未来能源供应的经济背景下，现代化工过程的集成程度越来越高，并且各工艺单元间的相互关联不断加

7、大，以此来提高传质或传热效率、减小投资成本和操作费用。这些集成过程具有两个特征：首先，它们是由大量相互连接的带有物料和能量循环的工艺单元组成的复杂网状结构；其次，这些独立的单元一般是非线性的，同时，各单元之间的反馈作用也被包含在再循环中，这通常使得整个网络的动态行为更加复杂。高度集成的工艺过程，经济效益的获得是以动态复杂性和控制难度的提高为代价的【1J。万方数据浙江工业大学硕士论文考虑到实际化工过程普遍受到各种各样干扰的影响，以及现代工业过程高度集成的特点，亟需一种更好的设计理念来确保所获得的过程具备良好的

8、经济效益和抗干扰性能。然而，应用传统的分步序贯设计方法设计的过程在实际投运时往往存在着一些不足，工艺设计领域与过程控制领域的相关学者逐渐意识到在同一阶段进行工艺设计和控制设计的重要性，过程工艺与控制系统的集成设计就是在这样一个背景下提出的。该方法将工艺设计和控制设计同时纳入一个统一的优化框架，对工艺设计和控制设计进行同步优化，其最终目标是使所设计的过程系统具备最低经济成本的同时达到动态控制性能的最优。集成设计的目