基于最优控制器的过程工艺与控制系统集成优化方法研究

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1、DissertationSubmittedtoZhejiangUniversityofTechnologyforMasterDegreeIntegrationofProcessDesignandControlBasedonOptimalControlByXiaoChengsongAdvisor：PanHaitianZhouMengfeiCollegeofchemicalEngineeringZhejiangUniversityofTechnologyHangzhou，P．R．ChinaMay2014浙

2、江工业大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。作～：啼僦枇日期．浏辞广月乡日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的

3、复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密矿(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：古奴才。彳日期痧叫年导师签名：≥掺参五手L日期泓、烽日琴月月r了浙江工业大学硕士论文基于最优控制器的过程工艺与控制系统集成优化方法研究摘要传统的化工过程工艺设计和控制按照分步序贯设计方法进行。即，先基于过程稳态模型和经济最优准则进行满

4、足要求的工艺设计；在此基础上设计控制系统。分步序贯设计方法割裂了工艺设计和过程控制性能之间的关联性，不能保证所设计的过程能够在外部扰动和不确定性下依然能够保持稳定、高性能的运行。目前，化工过程工艺设计与控制系统集成优化已逐渐受到了国内外工艺设计领域和过程控制领域的高度重视。然而，过程工艺与控制系统集成优化问题是一个复杂的混合整数动态优化问题，求解难度大，解决这一集成优化问题仍是一个具有挑战性的课题。本文的主要工作如下：(1)本文在大量阅读及分析国内外这一领域研究进展的基础上，综合各种方法的优点及不足，

5、采用基于最优控制的方法，应用于过程工艺与控制系统集成框架中。这种方法通过将工艺设计与控制系统同步优化问题分解成两个层次来处理，从而降低了问题的维数和求解的复杂程度，避免了集成设计中的计算复杂性，降低了问题求解难度。(2)提出了将最优PID控制嵌入到过程工艺与控制系统集成优化框架中。该方法基于最优控制和分层优化策略，包含一个设计决策优化层和一个控制决策优化层，这种框架将控制决策从设计决策中分离浙江工业大学硕士论文出来，避免了集成设计的复杂性，降低了问题求解难度。其中设计决策优化层的优化目标为使经济成本最

6、小化，得到最佳的工艺设计参数，而控制决策优化层的优化目标是使控制性能最佳。将该方法应用于一个化工换热设备，通过与传统的序贯设计方法比较，表明了该方法的有效性。(3)采用先进控制(线性二次最优调节器)嵌入到过程控制与工艺集成优化框架中，形成一个双层优化问题。由于线性二次最优调节器能够得到显式控制律，从而使复杂的动态优化问题能够在一个合理的计算要求内得以求解。将该方法应用于一个连续搅拌槽式反应器过程，并与传统的序贯设计方法进行了比较。关键词：过程控制，工艺设计，最优控制，集成设计浙江工业大学硕士论文Int

7、egrationofprocessdesignandcontrolbasedonoptimalcontrolABSTRACTTraditionalchemicalprocessdesignandcontrolisusuallycarriedoutinsequence．Thatis，thecontrolsystemisdesignedonthebasisofthesteady-statemodelandtheoptimaleconomiccriteria．Butit’Sclearthatthetradi

8、tionaldesignmethoddisconnectthecorrelationbetweenprocessdesignandcontrolperformance．Thus，itcannotmakesurethedesignedprocessworksstablyandefficientlyinasituationwithsomeuncertainandexternaldisturbance．Integrationofprocessdesignand