環(huán)管式丙烯本體聚合反應(yīng)過程建模、控制與優(yōu)化研究.pdf

1、聚丙烯產(chǎn)品與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)，不少專家學(xué)者從聚丙烯的反應(yīng)機(jī)理、工藝流程、催化劑開發(fā)等方面對聚丙烯生產(chǎn)過程進(jìn)行了深入研究，但是到目前為止，對丙烯聚合反應(yīng)過程，尤其在新工藝基礎(chǔ)上的先進(jìn)控制與優(yōu)化算法及策略的研究相對較少，國內(nèi)公開發(fā)表和應(yīng)用的成果有限，而這方面的研究同樣可以給國內(nèi)聚丙烯工業(yè)的發(fā)展提供較大的突破空間。因此，在前人研究的基礎(chǔ)上，本學(xué)位論文針對環(huán)管工藝丙烯本體聚合反應(yīng)過程的建模、優(yōu)化、控制方面展開了較為深入和廣泛的研究，取得了

2、相應(yīng)的研究成果。本文的主要研究工作概括如下:
　　 1.基于Spheripol環(huán)管二代工藝，引入環(huán)管反應(yīng)器非理想特性的思想，并參考實際過程操作數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)，建立了非理想環(huán)管式丙烯本體聚合反應(yīng)過程的動態(tài)機(jī)理數(shù)學(xué)模型和質(zhì)量物性模型，及對模型送行了特性分析，這為丙烯聚合過程質(zhì)量指標(biāo)建模、非線性預(yù)測控制方案設(shè)計和聚丙烯產(chǎn)品牌號切換優(yōu)化控制策略的研究提供了可靠的基準(zhǔn)(Benchmark)模型和理論支撐。
　　 2.針對環(huán)管式聚丙

3、烯生產(chǎn)過程的熔融指數(shù)質(zhì)量預(yù)報，通過充分發(fā)掘和利用聚丙烯工業(yè)過程先驗知識，并將各種先驗知識有機(jī)融合，以非線性約束的形式嵌入到前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，提出了一種過程多先驗知識神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟測量模型。同時基于增廣拉格朗日乘子法約束處理機(jī)制，提出了自適應(yīng)PSO-SQP算法優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。該模型不僅有良好的擬合預(yù)測能力，而且能避免出現(xiàn)零增益和增益反轉(zhuǎn)，確保模型在實際應(yīng)用中的安全性能。此外，將過程多先驗知識神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與聚丙烯熔融指數(shù)簡化機(jī)理模型有機(jī)結(jié)合為調(diào)和平

4、均混合模型，增強(qiáng)了模型外推能力，實現(xiàn)模型外推性和對熔融指數(shù)預(yù)測精度的有機(jī)統(tǒng)一。同時還提出用歸一化互信息方法對軟測量模型的輔助變量和主導(dǎo)變量進(jìn)行時延估計，較大程度上提升了模型預(yù)測的精度。
　　 3.針對環(huán)管聚丙烯生產(chǎn)過程裝置多變量、耦合和非線性特性等導(dǎo)致過程不穩(wěn)定和質(zhì)量指標(biāo)波動問題，提出了基于MSSARX-PWL(wiener)模型結(jié)構(gòu)的非線性預(yù)測控制算法。利用改進(jìn)的閉環(huán)子空間辨識方法(MSSARX)辨識對象在閉環(huán)工況下的線性狀態(tài)

5、空間模型，同時將線性模型與多變量PWL方法辨識得到的非線性穩(wěn)態(tài)模型結(jié)合建立雙環(huán)管丙烯聚合反應(yīng)動態(tài)過程的非線性預(yù)測模型，并將非線性模型反轉(zhuǎn)為線性模型，在線性預(yù)測控制算法框架下用二次線性規(guī)劃方法(QP)優(yōu)化控制器，而無須用非線性規(guī)劃方法(NLP)求解。該算法在保證模型和控制精度的同時，提高了計算效率。
　　 4.針對雙環(huán)管式丙烯本體聚合牌號切換生產(chǎn)過程，提出了一種多牌號切換軌跡優(yōu)化模型及切換策略。該軌跡優(yōu)化模型綜合考慮了牌號切換過程

6、的經(jīng)濟(jì)收益和裝置穩(wěn)定性，在此模型基礎(chǔ)上，基于一種變時間尺度控制向量參數(shù)化方法(VTS-CVP)和內(nèi)點優(yōu)化方法(Interior-Point Optimization，IPOPT)求解動態(tài)優(yōu)化問題，能同時優(yōu)化控制參數(shù)和時間節(jié)點，大大減少了牌號切換時間和過渡料的耗費。
　　 5.針對在過程不確定因素和擾動的影響下，聚丙烯牌號切換過程實際對象輸出與上層離線優(yōu)化參考軌跡出現(xiàn)偏差而影響生產(chǎn)的問題，提出了一種雙層遞階結(jié)構(gòu)聚丙烯牌號切換優(yōu)化和