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。基于ASPEN仿真平臺的控制仿真結(jié)果表明,該控制方案在控制目標(biāo)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(xí)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(xí)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(biāo)具有相對平衡的學(xué)習(xí)效率,從而提高整個生產(chǎn)過程控制性能沿批次指標(biāo)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。