[發(fā)明專利]一種基于控制變量優(yōu)先級的FCC動態(tài)控制方法

有效

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• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104765339B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮毅萍;周培杰;榮岡
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33224
• 代理人: 牛世靜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)生產(chǎn)過程控制領(lǐng)域，具體涉及一種基于控制變量優(yōu)先級的FCC動態(tài)控制方法。

背景技術(shù)

催化裂化(FCC)工藝過程一般由三個部分組成，即反應(yīng)再生系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、吸收穩(wěn)定系統(tǒng)。催化裂化作為石油加工中最為關(guān)鍵的工藝過程，其控制系統(tǒng)性能評估問題具有很高的研究價值，但是FCC反應(yīng)過程的復(fù)雜性、強耦合性、多目標性為控制系統(tǒng)的分析、建模、優(yōu)化帶來了較大的困難。

為了保證催化裂化過程控制系統(tǒng)的運行狀況能夠始終達到預(yù)期的性能指標，流程工業(yè)通常利用控制性能監(jiān)控和評估(CPM/A)技術(shù)對過程中可能發(fā)生的性能下降或故障實行實時監(jiān)測和診斷。

控制性能評估的核心思想是定義一個性能評估基準得到控制回路基準性能，從而判斷的當前控制系統(tǒng)性能的控制水平，并估計控制性能提升的潛力。LQG基準由于將控制器的作用引入性能評估指標，并且可以設(shè)置過程變量的約束，提高了控制器的可操作性，是一種相對可靠客觀的評估基準。

在現(xiàn)代生產(chǎn)實踐中，生產(chǎn)過程的控制目標種類越來越繁多，性能指標也越來越高，例如：安全平穩(wěn)、保質(zhì)保量、節(jié)能減排、柔性生產(chǎn)、降低勞動強度、延長運行周期等，這些控制目標重要性不同，而且存在復(fù)雜的內(nèi)在關(guān)系，因此，往往存在一定的沖突性。

目前慣用的函數(shù)加權(quán)方法無法解決此類問題，也不能解決約束可行空間不存在的問題，因此，需要提供一種生產(chǎn)過程控制方法，使生產(chǎn)過程平穩(wěn)可靠運行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于控制變量優(yōu)先級的FCC動態(tài)控制方法，適用于動力學特性復(fù)雜，操作條件苛刻，各操作參數(shù)間具有很強耦合關(guān)系的催化裂化過程，保證生產(chǎn)過程的平穩(wěn)順利進行。

一種基于控制變量優(yōu)先級的FCC動態(tài)控制方法，包括以下步驟：

(1)提取生產(chǎn)過程的歷史數(shù)據(jù)，并利用歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建MPC控制器的線性化模型，定義生產(chǎn)系統(tǒng)的輸入輸出變量組合，每個變量組合對應(yīng)一種優(yōu)先級，基于線性化模型以及輸入輸出變量組合，計算得到每一優(yōu)先級的最優(yōu)控制性能。

在生產(chǎn)過程中，利用溫度傳感器、壓力傳感器、流量計、液位計、藏量變送器等設(shè)備采集到的狀態(tài)參數(shù)信息(包括環(huán)境參數(shù)和運行參數(shù))(參見文獻Khaki-Sedigh A,Moaveni B.Control configuration selection for multivariable plants[M].Springer Science&Business Media,2009.)即為歷史數(shù)據(jù)，利用歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建MPC控制器的線性化模型之前，對歷史數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，即對歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)噪聲進行分箱平滑處理，過濾噪聲，補充缺省值(參見文獻Jiawei Han,Michelin Kamber.數(shù)據(jù)挖掘——概念與技術(shù)[D].機械工業(yè)出版社，2005)。

所述的線性化模型采用空間辨識法(參見文獻李幼鳳,蘇宏業(yè),褚健等.工業(yè)過程的子空間模型辨識[J].控制理論與應(yīng)用,2007,24(5):803-806.)得到的狀態(tài)空間模型，所述線性化模型的數(shù)學表達式如下：

式中，u為輸入變量(即操縱變量)；

y為輸出變量(即被控變量)；

w為干擾變量(即噪聲)；

x為狀態(tài)變量；

表示對x求導(dǎo)；

A、B、C、D、M、N為系統(tǒng)參數(shù)。

根據(jù)生產(chǎn)過程的線性化模型以及噪聲模型，計算得到理想狀況下，當前控制系統(tǒng)過程基于優(yōu)先級的輸入輸出變量的理想化最小方差，即得到每一優(yōu)先級對應(yīng)的最優(yōu)控制性能。

每一優(yōu)先級的最優(yōu)控制性能的計算方法如下：

a、給定線性化模型的系統(tǒng)參數(shù){A,B,C,D,M,N}，定義邊界約束集{u_l,u_h,y_l,y_h}(下標l表示最小值，下標為h表示最大值，本發(fā)明其余部分如無特殊說明，均做相同解釋)、松弛變量ε(ε_i>0)以及通道選擇矩陣O∈R^m+n，(R^m+n表示(m+n)×(m+n)維實數(shù)矩陣，其中m為輸入變量u的維數(shù)，n為輸出變量y的維數(shù))，根據(jù)生產(chǎn)指標確定置信區(qū)間

b、根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的控制要求，定義控制系統(tǒng)的輸入輸出變量組合V_i(i＝1,2,…,q)以及相應(yīng)的優(yōu)先級，q為優(yōu)先級的個數(shù)，得到V_i中各變量的下標集合υ_i，置i＝1；