探析化工过程操作程序设计方法研究

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1、大连理工大学博士学位论文化工过程操作程序设计方法研究姓名：王永胜申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：姚平经2001.1.1摘要．要r＼随着科学技术的进步，现代化工行业实现了综合生产，生产装置日趋大型化，生产过程日趋复杂化，其面临的安全问题、能源问题及环境问题日益严峻，促使能源有效利用问题、操作优化问题日渐突出。目前，国内外大型生产装置的开、停车过程操作从本质上讲仍旧依赖经验指导进行手动操作，手动控制所带来的不安全因素、原料和能源的浪费以及由此所导致的过多污染排放，从化学工业可持续发展的角度给我们提

2、出了化工过程操作程序的设计问题。作为过程系统工程领域的一个子课题，化工过程操作程序的设计有着重大的理论意义与实用价值。历经二十多年的发展，操作程序设计方法的§孵逐步由定性化转向定量化，但无论如何都没能摆脱手动操作指导的局限。I本论文首次探讨了化工过程撵作程序的设计思想，在此基础之上，提出了操作程序的改进定量化设计方法和操作程序的自动化设计方法。主要研究内容如下：1．首次探讨了化工过程操作程序的设计思想。曲操作程序的概念和特征入手，结合对过程控制系统方块图的剖析，阐明了前呔的定性化与定量化设计方法所依据的

3、设计思想是单纯基于过程模拟的设计思想，并进一步得出这是其受限于手动操作指导的本质原因。为了能够从根本上改进过程操作的设计质量，提高过程操作的可靠性，提出了基于过程控制的设计思想，将基本操作的综合转化为跟踪控制器的设计问题，为操作程序自动化设计方法的构筑提供了理论指导，从而打破了传统的擦作程序设计方法由于单纯依赖过程模拟而只能用于手动操作指导的局限性。J，，2提出了基于过程模拟设计思想的操作程序改进定量化设计方法，该方法能够弥补基于模型链的操作程序定量规划方法的前两点不足。f利用领域专家知识库提供可行操作

4、方案以隐含的方式间接克服了操作约束的定量化困难；在选定适宜的目标函数之后，结合过程对象的动态建模以确保操作路径的优选。与基于模型链的定量规划方法相比，改进定量化设计方法的两点改进体现在两步法规划策略的第一步：最优操作路径的确定。通过一离线间歇操作实例，验证了该方法的可行性。p一+●，3．提出了基于过程控制设计思想的操作程序自动化设计方法^恢方法在保留改进定量化设计方法优选操作路径优势的基础上，弥补了改进定量化设计方法所不能回避与不能克服的后两点不足。的控制目标，降低了对动态模型的要求，提出采用预测控制策

5、略实现过程跟踪同时可以较好地克服实际过程的各种大连理T大学博l：学位论文不确定性干扰；提出并采用模型分段线性化方法克服模型火配问题，提高了预测模型的精度，改善了跟踪控制效果。与改进定量化设计方法相比，自动化设计方法的两点改进体现在两步法规划策略的第二步：基本操作的综合。通过一在线操作调优实例，阐明了以多步动态矩阵控制(DMC)算法进行跟踪控制器在线设计的过程，指出应当依据控制参数整定的基本原则并结合过程对象的动态特性合理整定跟踪控制器的控制参数，以改善过程跟踪的控制效果。1司绕以上的主要刨新点，本论文还

6、进行了下述儿个方面的辅助研究【：作：·明确了操作程序设计所要处理的问题类型。按照过程系统运行生命周期的观点，将过程操作分成五大类：开车、正常生产、停车、伴随正常生产过程进行的离线间歇操作和在线操作调优。除正常生产过程外，另外四种过程的操作特征表现为过程参数的变化幅度较大，操作的目的是为了实现过程的跟踪，而非定值控制，它们均属于操作程序改计所要处理的问题类型，统称为过程跟踪操作问题。·运川相关的自动控制理论，剖析了化工过程操作程序所具有的集成化与最优化特征。其中，操作程序的集成化特征对操作程序设计提{U了

7、改进过程操作设计品质的要求，启发了结合过程控制系统方块图进行研究的思路；而操作程序的动态最优化特征则明确了操作程序改计问题必须以过剧建模与仿真为工作基础的思想。·剖析了基于模型链的操作程序定量规划方法在理论与实际应川方面存在的四点不足，为本论文提出的两种操作程序设计方法指明了改进方向年¨预期的、T=作目标。·为明晰、有效地支持两步法规划策略，构造了一个三层推理框架。住此丛础之上，分别构建了改进定量化没计方法的总体框架与自动化设计方法的总体框架，并指出：改进定量化设计方法的核心工作是通过建立过程对象的动态

8、模型并选择适宜的目标函数，从可行操作方案中优选出～条最优操作路径；自动化设计方法的核心工作是跟踪控制器的设计。＼∥，ABSTRACTWiththerapidprogressmadeintechnology,productionplantforchemicalindustrybecomeslargerandlarger,andtheproductionprocessesbecomemoreandmorecomplex．Tosatisfythe