一種實(shí)時優(yōu)化新框架的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用.pdf

1、流程工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中起著重要作用，并在國民發(fā)展和改善人們生活水平上有著巨大的貢獻(xiàn)，但同時，行業(yè)間和行業(yè)內(nèi)部在生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品質(zhì)量、成本控制、環(huán)境保護(hù)等多方面的競爭日益激烈，在這種需求下人們開始研究企業(yè)綜合自動化的解決方案。 近年來，信息技術(shù)特別是計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展使得過程系統(tǒng)的模擬和優(yōu)化已經(jīng)從純學(xué)術(shù)的理論研究逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)中廣泛應(yīng)用的技術(shù)。隨著企業(yè)生產(chǎn)操作水平和計算機(jī)應(yīng)用水平的提高，實(shí)時優(yōu)化技術(shù)有了一定程度的發(fā)展，也逐漸地投入實(shí)

2、際應(yīng)用中。人們把現(xiàn)有的實(shí)時優(yōu)化技術(shù)分為穩(wěn)態(tài)實(shí)時優(yōu)化方法和動態(tài)實(shí)時優(yōu)化技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的是穩(wěn)態(tài)實(shí)時優(yōu)化技術(shù)，它有著模型利用率高，維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)。 穩(wěn)態(tài)實(shí)時優(yōu)化實(shí)際上是穩(wěn)態(tài)模擬仿真的擴(kuò)展應(yīng)用，它使用嚴(yán)格的非線性機(jī)理模型和基于方程的求解技術(shù)。穩(wěn)態(tài)實(shí)時優(yōu)化實(shí)施過程中的一個必要條件就是在優(yōu)化求解過程中系統(tǒng)狀態(tài)并沒有因?yàn)楦蓴_發(fā)生大的變化，這種特點(diǎn)決定了優(yōu)化求解的速度是實(shí)時優(yōu)化中非常關(guān)鍵的影響因素。也就是說如果想在更復(fù)雜的生產(chǎn)系統(tǒng)中

3、使用穩(wěn)態(tài)實(shí)時優(yōu)化系統(tǒng)，就必須提高優(yōu)化求解的速度。目前的工業(yè)實(shí)踐中，操作人員會維護(hù)一個基本配置庫（base cases），在新工況匹配配置庫中所存儲的樣本工況時會直接使用基本配置庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行配置。這種簡單的方法可以提高優(yōu)化的速度，但是這種做法并沒有完全發(fā)揮經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的作用，根據(jù)我們的研究，可以動態(tài)地更新優(yōu)化求解的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以此來改善優(yōu)化的初值解，使得同一穩(wěn)態(tài)的優(yōu)化求解速度不斷加快，還可以進(jìn)一步使用數(shù)值逼近的方法處理經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，主動地預(yù)測最優(yōu)

4、解，以達(dá)到加快優(yōu)化速度的效果，為此本課題組提出了Mnemonic Enhancement Optimization（MEO）的概念。 為了將MEO從理論研究投入實(shí)際應(yīng)用，本文提出了適合編程實(shí)現(xiàn)的MEO算法框架，并在應(yīng)用層面上進(jìn)行軟件的設(shè)計和實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建了面向服務(wù)的軟件框架并在Aspen Plus完成了MEO框架的應(yīng)用。通過雙塔優(yōu)化流程和乙烯模擬流程（變量維數(shù)3萬多的方程組求解）下的多組數(shù)值實(shí)現(xiàn)，驗(yàn)證了本文所設(shè)計的MEO框架的實(shí)用性

5、，通過分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明了本文實(shí)現(xiàn)的MEO框架與傳統(tǒng)工業(yè)方法相比有求解更快，穩(wěn)定性更好的特點(diǎn)。經(jīng)統(tǒng)計，在雙塔優(yōu)化算例下，MEO與傳統(tǒng)方法的收斂數(shù)量相同，但在求解時間上減少了20％左右；在乙烯流程模擬中，MEO有著100％的成功求解率，而傳統(tǒng)的方法只有67％的成功率。 本文的具體工作可以分為以下幾個部分： ·介紹了實(shí)時優(yōu)化領(lǐng)域的相關(guān)背景和發(fā)展現(xiàn)狀。分析了穩(wěn)態(tài)實(shí)時優(yōu)化問題的特點(diǎn)和改善優(yōu)化過程的契機(jī)，闡述了MEO框架的基本原理并

6、提出了其算法框架。 ·為了使開發(fā)的MEO框架具有良好的可重用性和擴(kuò)展性，本文研究了Service Oriented Architecture（SOA）軟件設(shè)計方法并以此為依據(jù)劃分了MEO框架提供的服務(wù)和服務(wù)集。為了使MEO具有良好的兼容性，能夠?yàn)槎喾N模擬優(yōu)化客戶軟件服務(wù)，本文在實(shí)現(xiàn)框架時采用了中間件技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)。為了使框架是可監(jiān)控的，同時也為了方便以后開發(fā)與框架配套的外圍軟件，本文在Windows的消息機(jī)制上設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了MEO的消