一种基于KPLSR模型的常减压装置操作优化方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于KPLSR模型的常减压装置操作优化方法，针对常减压装置的耗时计算及保证工况稳定和安全要求的等式、不等式约束优化问题，旨在实施以生产利润最大为目标的操作优化。具体来讲，本发明专利技术方法使用KPLSR算法为常减压转置建立数据驱动的代理模型，并使用差分进化算法不断优化搜索加点的样本数据，从而不断更新完善全局、局部的代理模型。与传统方法相比，本发明专利技术方法与传统方法的最大优势在于所针对的优化问题考虑了工况稳定和安全要求所涉及的等式与不等式约束。此外，本发明专利技术方法通过新定义优化目标函数，往复优化搜索全局与局部训练数据，能较好地保证训练数据的多样性从而不断提升代理模型的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于KPLSR模型的常减压装置操作优化方法
本专利技术涉及石油化工领域中一种常减压装置生产利润最大的优化方法，尤其涉及一种基于KPLSR模型的常减压装置操作优化方法。
技术介绍
化工生产过程实时优化技术可谓是化工智能系统的心脏，在提高生产利润，降低能耗等方面发挥着举足轻重的作用。作为石油加工领域的核心装置，常减压精馏塔在炼油行业承担着对原油的初步分离，为后续的炼油化工装置提供原料的重任。精馏过程是一个约束、多变量、非线性、强耦合的复杂系统，从结构上来说，精馏装置通常可有几十块甚至上百块的塔板构成，在塔板上完成复杂的传质、传热操作。因此，对常减压装置进行操作优化对于提高化工企业的利润至关重要。然而，常减压装置机理模型的复杂性对现有的优化方法提出了严峻的挑战。常减压装置的操作优化方法通常有传统优化、商业平台优化及进化算法优化等。传统的优化方法主要包括序列线性规划、罚函数、增广拉格朗日函数、广义简约梯度、内点法和序列二次规划法等，但该类方法对优化命题的数学模型提出了较高要求，迭代过程基于优化命题的导数信息会给求解增加难度。近年来，国外多家本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于KPLSR模型的常减压装置操作优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n首先，本专利技术方法的离线建模阶段包括如下所示步骤(1)至步骤(8)；/n步骤(1)：利用常减压装置的机理模型生成N个输入输出样本数据，记输入数据矩阵为X∈R

【技术特征摘要】
1.一种基于KPLSR模型的常减压装置操作优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，本发明方法的离线建模阶段包括如下所示步骤(1)至步骤(8)；
步骤(1)：利用常减压装置的机理模型生成N个输入输出样本数据，记输入数据矩阵为X∈Rα×N，记输出数据矩阵为Y∈Rβ×N，其中输入数据矩阵X中的α个输入测量变量包括：m1种原油的进料流量、m2个精馏塔的进料温度、m3个回流温度与m3个回流比、m4个原油混合器的混合比，则α＝m1+m2+2m3+m4，输出数据矩阵Y中β个输出测量变量分别是β种产品油的流量，Rα×N表示α×N维的实数矩阵，Rβ×N表示β×N维的实数矩阵；
步骤(2)：计算输出数据矩阵Y中各行向量的均值μ1，μ2，…，μβ与标准差δ1，δ2，…，δβ后，按照公式对Y中各列向量实施标准化处理得到输出矩阵再按照同样的方式对输入数据矩阵X实施标准化处理对应得到输入矩阵其中向量y与分别表示Y与中相同列的列向量、输出均值向量μ＝[μ1，μ2，…，μβ]T、输出标准差对角矩阵Λ中对角线上的元素为δ1，δ2，…，δβ、上标号T表示矩阵或向量的转置；
步骤(3)：利用KPLSR算法建立输入矩阵与输出矩阵之间的KPLSR模型：其中E为模型误差、表示KPLSR模型的非线性变换过程、为中心化后的核矩阵、B表示核回归系数矩阵，具体的实施过程如下所示：
步骤(3.1)：设置核函数参数g后，按照下式①计算核矩阵K∈RN×N：



上式中，i＝1，2，…，N、j＝1，2，…，N、K(i，j)表示核矩阵K中的第i行、第j列元素、exp表示以自然常数e为底的指数函数、符号||||表示计算向量的长度、与分别为矩阵中的第i列与第j列向量；
步骤(3.2)：根据如下公式对核矩阵K实施中心化处理，对应得到中心化后的核矩阵



上式中，方阵Θ∈RN×N中所有元素都为1；
步骤(3.3)：根据如下所示步骤(一)至步骤(八)求解得到A个核变换向量u1，u2，…，uA及其对应的核得分向量ζ1，ζ1，…ζA；
步骤(一)：初始化核输出矩阵与核输入矩阵
步骤(二)：设置核变换向量un等于Z中第一列的列向量，其中n＝1，2，…，A；
步骤(三)：根据公式sn＝Υun计算核得分向量ζn，并用公式ζn＝ζb/||ζn||对ζn实施单位化处理；
步骤(四)：根据公式cn＝ZTζn计算系数向量cn，并用公式cn＝cn/||cn||对cn实施单位化处理；
步骤(五)：根据公式un＝Zcn更新核变换向量un，并利用公式un＝un/||un||对un实施单位化处理；
步骤(六)：重复步骤(三)至步骤(五)直至向量un收敛；
步骤(七)：根据如下所示公式更新核输入矩阵Υ与核输出矩阵Z：
Υ＝Υ-ζnζnTΥ-ΥζnζnT+ζnζnTΥζnζnT③
Z＝Z-ζnζnTZ④
步骤(八)：返回步骤(二)继续求解下一个核变换向量un与核得分向量ζn，直到求解得到A个核变换向量与核得分向量；
步骤(3.4)：将A个核变换向量组成核变换矩阵U＝[u1，u2，…，uA]，再将A个核得分向量组成核得分矩阵S＝[ζ1，ζ2，…ζA]后，根据公式计算核回归系数矩阵B；
步骤(3.5)：矩阵与矩阵之间的KPLSR模型可表示成：其中与
步骤(4)：确定常减压装置生产利润最大化目标函数及其相应的约束条件，如公式⑤所示：



上式中，x∈Rα×1由α个输入测量变量的数据组成、J(x)表示以x为输入数据计算得到的生产利润、是由x中记录的m1种原油的进料流量数据组成、F(x)∈Rβ×1表示以x∈Rα×1为输入数据并根据常减压装置的机理模型计算得到的β个产品油流量、与分别为原油与产品油的单价、xmin与xmax分别表示输入数据的上限与下限、hp(x)与gq(x)分别表示第p个等式约束条件与第q个不等式约束条件、P为等式约束条件的个数、Q为...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛锋，史旭华，唐俊苗，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33