间歇式化工系统的调度和控制方法研究

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：1300216007密级：间歇式化工系统的调度和控制方法研究ResearchonOptimalSchedulingandControlofBatchChemicalProcesses作者姓名：周家忠指导教师：罗继亮教授学科：控制科学与工程研究方向：离散事件动态系统所在学院：信息科学与工程学院论文提交日期：二零一六年五月三十日摘要随着全球化市场经济的发展，化工行业的竞争日益激烈，客户的需求也越来越多样化。一方面，间歇式化工系统因其柔性好、应用灵活、产品多样化等特点，在化工领域得到广泛的应用；另一方面，相比于连续型化工生产，间歇式化工生产

2、中存在异步、并发、冲突和路径不确定性等关系，为这类系统的建模、调度和控制提出了挑战。因此，间歇式化工系统的建模、调度和控制问题具有重要的科学意义和经济价值。本文基于Petri网对间歇式化工系统的建模、调度和控制方法进行了研究，主要的内容如下：1、分析了间歇式化工系统的组成，分别给出了资源单元、生产任务以及监控库所的Petri网建模方法，并根据其结构信息和任务表，给出化工系统的Petri网建模方法。2、为了实现间歇式化工系统加工时间最短的优化目标，给出了基于最大速度运行的可达图的调度方法。首先，根据间歇式化工系统的Petri网模型，计算出最大速度运行下Petri网模型的可达图

3、；然后，从可达图中提取相关信息，从而计算出时间最短的加工策略。3、为了提高间歇式化工系统的调度效率，给出了一种基于A*算法的调度方法。首先，根据间歇式化工系统Petri网模型的拓扑结构，给出Petri网模型的简化方法；然后，分析赋时Petri网的运行规律，并结合间歇式化工系统的调度问题，给出系统调度问题的数学模型；最后，运用A*算法对间歇式化工系统的简化Petri网模型进行启发式搜索，给出时间最短的加工策略。4、为了得到最优加工策略下的阀门控制指令，分析间歇式化工系统的Petri网模型结构以及最优加工策略对应的可达图支路，给出从最优加工策略到阀门控制指令的转换方法。本文以一

4、个典型的间歇式化工系统为例，对文中的方法进行了演示说明。关键词：间歇式化工系统调度Petri网控制IAbstractWiththerapiddevelopmentofglobalizedmarketeconomy,thecompetitioninchemicalindustryisbeingraised,andordersfromcustomersbecomemoreandmorediverse.Ontheonehand,batchchemicalprocesseshavebeenwidelyusedinthechemicalindustryduetoitsflexibil

5、ityandproductdiversification.Ontheotherhand,comparedtocontinuouschemicalprocesses,thereareasynchronous,concurrent,conflictanduncertainbehavior;thismakestheirmodeling,schedulingandcontrolproblemsmuchmoredifficult.Therefore,theirresearcheshaveimportantacademicandeconomicvalue.Inthiswork,them

6、ethodsbasedonPetrinetsareproposedtomodel,scheduleandcontrolbatchchemicalprocesses.Themaincontentsandcontributionsaresummarizedasfollows:1.AmethodisproposedtodesignthePetri-netmodelofabatchchemicalsystemaccordingtoitstopologicalstructureandrecipes.2.ViathereachabilitygraphofaPetri-netmodel,

7、amethodisproposedtocalculateanoptimalstrategythatminimizesthetotalprocessingtime.First,thereachabilitygraphinmaximumspeediscalculated.Second,anoptimalstrategyiscalculatedviathisreachabilitygraph.3.AmethodbasedonA*algorithmispresentedtocalculateanoptimalstrateg