基于數(shù)據(jù)的間歇精餾建模、控制與優(yōu)化.pdf

1、間歇精餾是一種重要的化工分離手段,該生產(chǎn)方式具有設(shè)備投資小、可靈活生產(chǎn)多種產(chǎn)品以及生產(chǎn)柔性大的特點,在精細化工、生物制藥以及食品加工等行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。隨著對精細化工產(chǎn)品質(zhì)量和種類需求的日益多樣化,針對間歇精餾過程系統(tǒng)的研究也越來越受到重視。
　　 對于同種類產(chǎn)品的生產(chǎn)來說,間歇精餾是一個重復(fù)操作的多階段生產(chǎn)過程。在整個生產(chǎn)過程中,由于存在復(fù)雜的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,生產(chǎn)狀態(tài)會隨時間和空間發(fā)生顯著變化,系統(tǒng)呈較強的非線性和非穩(wěn)

2、態(tài)特性。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量,提升生產(chǎn)效率,需要對間歇精餾各生產(chǎn)階段的關(guān)鍵過程變量實施良好的控制,并在此基礎(chǔ)上,對整個生產(chǎn)操作流程實施優(yōu)化。目前,面對間歇精餾過程強非線性和非穩(wěn)態(tài)的特點,傳統(tǒng)的PID控制策略難以滿足日益提升的控制需求。如果采用常規(guī)的先進控制技術(shù),如模型預(yù)測控制,過程的控制性能又依賴于模型的精度和計算的復(fù)雜度。針對應(yīng)用先進控制技術(shù)對間歇精餾進行控制時,難以建立適度有效過程模型的現(xiàn)狀,本論文提出了利用間歇精餾的批次重復(fù)特性,通

3、過同類產(chǎn)品歷史批次生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行建模,以及提升過程控制性能和優(yōu)化操作性能的研究思路。論文的具體研究內(nèi)容主要包含如下幾個方面:
　　 1、利用歷史批次的運行數(shù)據(jù)來建立間歇精餾樣條插值簡化動態(tài)模型(SplineInterpolation Model,SIM)。該模型僅用兩個常微分方程和兩個樣條插值函數(shù)來描述間歇精餾過程,具有結(jié)構(gòu)簡單、計算快捷的優(yōu)點。結(jié)合變回流比下的動態(tài)修正函數(shù),該模型可有效模擬不同組分濃度下回流比發(fā)生變化時餾出液濃度

4、的動態(tài)變化情況。將該模型作為預(yù)測模型,進一步提出了一種變回流比的預(yù)測控制(Model Predictive Control,MPC)算法來使餾出液濃度按照期望的設(shè)定值變化?；贏SPEN仿真平臺的控制仿真結(jié)果表明,該控制方案在控制目標和進料組分變化的情況下均能取得較好的控制效果。
　　 2、針對多元間歇精餾過程多階段操作、非穩(wěn)態(tài)和重復(fù)運行的特點以及高穩(wěn)定性和高精度的控制需求,在傳統(tǒng)P型迭代學(xué)習控制(Iterative Learn

5、ing Control,ILC)算法的基礎(chǔ)上,提出了一種基于歷史批次數(shù)據(jù)實現(xiàn)學(xué)習增益沿批次自適應(yīng)調(diào)整的變增益P型ILC算法。該控制算法能夠保證精餾過程在非穩(wěn)定操作狀態(tài)下沿批次指標具有相對平衡的學(xué)習效率,從而提高整個生產(chǎn)過程控制性能沿批次指標的收斂速度。通過對變增益P型ILC和傳統(tǒng)PID以及傳統(tǒng)P型ILC三種控制方案進行控制性能的仿真和比較,證明了變增益P型ILC控制算法不僅計算簡單,同時比傳統(tǒng)P型ILC算法具有更快的收斂速度。