[發明專利]間歇反應器中間歇反應過程的優化控制方法

在審

• 申請號: 201410409098.6
• 申請日: 2014-08-19
• 公開（公告）號: CN104375475A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發明（設計）人: 王昕;宋治強
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

技術領域

本發明涉及間歇反應器中間歇反應過程的控制優化領域，尤其涉及一種間歇反應過程的優化控制方法。?

背景技術

間歇過程在化工生產中占有非常重要的地位，廣泛應用于生產高附加值的產品，如精細化工產品、聚合物、生物制品、藥品等.隨著21世紀生化領域研究的飛速發展和相關產品的研發和生產，間歇過程將發揮更大的作用.然而，由于間歇反應過程自身所具有的強非線性、缺少穩態操作條件、反應過程的不確定性等特點，使得過程優化與控制具有一定的難度，因此提出更為有效的優化與控制策略是間歇反應過程中至關重要的一個環節?

間歇反應過程的優化面對的一般是非線性、動態特性明顯、大規模的復雜優化問題，采用傳統的數學優化算法處理這些問題時存在一定的困難。近幾年，對于該問題的研究比較活躍，Biegler等人偏重于聯立算法解決大規模優化問題，并將其應用在非線性模型預測控制、參數估計、數據調整和過程綜合等方面，Engel采用自優化控制、實時優化等反饋控制方法實現最優過程操作。周華等采用動態規劃方法求解間歇反應過程的優化問題,結合通用模型控制算法實現間歇過程的動態優化和集成控制.賀益君等人采用粒子群優化(PSO)算法求解分批生化反應過程的動態優化問題.雖然智能優化算法可以依據計算機的迭代計算?能力，很好的求解該類動態優化問題，但是采用智能優化算法求解動態優化問題時在搜索和尋優性能方面還存在一定的缺陷,例如由于PSO算法的求解是多樣性逐漸喪失的過程,所以該算法局部尋優能力較差且易于發生早熟收斂現象。?

間歇反應過程的先進控制表現為通過上層優化確定最優軌跡后，如何在不違反操作條件和約束的情況下完成對最優設定軌線的準確跟蹤問題。由于間歇過程的操作條件具有高度的非線性，采用線性模型預測控制(MPC)等控制策略缺乏補償非線性的能力，無法滿足間歇反應過程的控制要求。因此如何建立一個即可以考慮經濟效益又可以保證系統良好的全局控制效果的優化控制策略目前特需解決的一個問題。?

發明內容

本發明要解決的技術問題是如何在間歇反應過程的工業控制中兼顧了系統的經濟效益優化和對最優參考軌跡的追蹤效果，最終達到提高整個系統經濟效益的效果。?

為了解決這一技術問題，一種間歇反應過程的優化控制方法，包括如下步驟：?

S100：采用TLBO算法，依據接收到的經濟優化指標，計算出控制對象的最優值軌跡作為控制層的參考軌跡；?

S200：在間歇反應過程中，采用一個線性廣義預測控制器保證閉環系統的輸入輸出信號有界，采用一個非線性神經網絡廣義預測控制器補償系統的非線性項，在每個采樣時刻根據預設的切換性能指標選擇線性廣義預測控制器或非線性神?經網絡廣義預測控制器，使被控對象追蹤S100得到的最優值軌跡；?

S300：通過一個底層控制器抑制、消除進入到系統中的擾動對輸出的影響，進而將控制對象的值輸出。?

在所述步驟S100中，包括如下步驟：?

S101：將時間區間分成n個相同的區段，每段內控制對象的變量均為不變量，得到n個待優化的控制參數，從而將無限維時間變量離散為有限維時間變量；?

S102：選擇n個待優化的控制參數中的一個作為TLBO算法中的老師，其余作為TLBO算法中的學生；?

S103：進行TLBO優化，得到控制對象的最優值軌跡作為控制層的參考軌跡。?

所述線性廣義預測控制器采用的線性估計模型M1表示為?

式中：其中k表示采樣時刻；y(k)、u(k)分別為系統的輸出、輸入；A(z^-1)、B(z^-1)為關于后移算子z^-1的多項式，a,b分別為其系數?

M₁的模型參數可用如下帶死區的辨識算法得到:?

式中，δ＞0為一已知的正常數?

所述線性廣義預測控制器中，在k時刻采用的優化性能指標表示為：?