[發(fā)明專利]一種基于精確懲罰優(yōu)化的間歇反應(yīng)釜控制系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310232153.4
• 申請(qǐng)日: 2013-06-08
• 公開（公告）號(hào): CN103324086A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉興高;胡云卿;周赤平;張海波;孫優(yōu)賢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/02
• 分類號(hào): G05B13/02;B01J19/18
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及反應(yīng)器控制領(lǐng)域，主要是一種基于精確懲罰優(yōu)化的間歇反應(yīng)釜控制系統(tǒng)。能夠?qū)Ψ磻?yīng)釜進(jìn)行溫度自動(dòng)控制，以提高目標(biāo)產(chǎn)品的濃度。

背景技術(shù)

間歇反應(yīng)釜又稱間歇釜式反應(yīng)器，廣泛應(yīng)用于石油化工、精細(xì)化工、農(nóng)藥等工業(yè)生產(chǎn)中。

對(duì)于容積固定的間歇反應(yīng)釜，當(dāng)原料配額比、濃度等物料參數(shù)確定以后，在充分?jǐn)嚢璧臈l件下，影響產(chǎn)品產(chǎn)量的關(guān)鍵因素就是反應(yīng)溫度。由于不同產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝要求不同，所以按生產(chǎn)工藝要求對(duì)間歇反應(yīng)器自動(dòng)地進(jìn)行溫度最優(yōu)控制具有重要意義。

當(dāng)前國內(nèi)間歇反應(yīng)釜的控制方法中很少采用最優(yōu)控制理論及對(duì)應(yīng)方法，控制器中的參數(shù)往往憑已有經(jīng)驗(yàn)設(shè)定。采用最優(yōu)控制方法后的間歇反應(yīng)釜產(chǎn)品濃度可以進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)挖潛增效。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高間歇反應(yīng)釜產(chǎn)品的濃度，本發(fā)明提供一種精確懲罰優(yōu)化（ExactPenalty?Optimization，簡稱EPO）方法的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)借助DCS作為精確懲罰優(yōu)化方法的實(shí)現(xiàn)載體。

間歇反應(yīng)釜中產(chǎn)物的生產(chǎn)過程可以描述為

x·(t)=F[T(t),x(t),t]]]>

G[T(t),x(t),t]≥0

其中t表示時(shí)間；T(t)表示反應(yīng)釜的加熱溫度；x(t)是表示反應(yīng)釜中隨時(shí)間變化的產(chǎn)品濃度，是其一階導(dǎo)數(shù)；F是根據(jù)濃度守恒、能量守恒關(guān)系建立的微分方程組；G是根據(jù)熱力學(xué)平衡關(guān)系建立的代數(shù)方程組。從該描述可以看出，間歇反應(yīng)釜中產(chǎn)物的生產(chǎn)過程從數(shù)學(xué)上來說是一組微分代數(shù)混合方程（Differential-Algebraic?Equations，簡稱DAE）。

要使間歇反應(yīng)釜中某種產(chǎn)物的濃度最好，等價(jià)于：當(dāng)生產(chǎn)過程完成后，使該產(chǎn)物的產(chǎn)品濃度最高。以x₁(t)代表該產(chǎn)物隨時(shí)間變化的濃度，則該問題的最終表達(dá)式為：

max?J[T(t)]=x₁(t_f)

s.t.x·(t)=F[T(t),x(t),t]]]>

G[T(t),x(t),t]≥0

x(t₀)=x₀

其中t₀表示生產(chǎn)過程的開始時(shí)間，t_f表示生產(chǎn)過程的結(jié)束時(shí)間J[T(t)]表示控制目標(biāo)，由T(t)決定。該問題本質(zhì)上是最優(yōu)控制問題。但是約束G[T(t),x(t),t]≥0是無窮維約束，從數(shù)學(xué)上來說很難處理，這里采用精確懲罰函數(shù)將該問題轉(zhuǎn)換為下面等價(jià)形式：