本发明专利技术公开了一种环管式聚丙烯生产牌号切换轨迹优化方法。本发明专利技术包括建立双环管式丙烯本体聚合生产过程牌号切换轨迹优化模型，同时基于变时间尺度的控制向量参数化方法有效求解轨迹优化模型的最优控制问题，即通过引入标准化时间变量，将非均匀参数化的最优控制问题转化为均匀参数化问题，并进一步化为非线性规划问题后用内点优化算法求解，能同时优化控制参数和时间节点，保证了切换轨迹优化效率。本发明专利技术通过寻找在聚丙烯牌号切换过程中操作变量及产品性能指标变化的优化轨迹，可保证聚丙烯装置在平稳安全运行的前提下，实现切换过程所用时间最短和过渡料最少，从而能够节约经济成本，提高企业生产效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚丙烯エ业过程牌号切换领域，特别地，涉及ー种环管式聚丙烯生产牌号切換轨迹优化方法。
技术介绍
聚丙烯产品种类繁多，从通用类，到涂覆、纺丝、挤出以及改性类等，覆盖了国民经济的各个领域，而生产不同的产品类型需要由各种树脂牌号来区分。为了满足市场对聚丙烯树脂产品性能需求的多祥性，同时获得良好的经济效益，聚丙烯生产厂家常常采取灵活的生产模式安排生产，因此，聚合装置需要根据不同的聚合エ艺条件频繁地切換牌号。然而，牌号切换过程呈现出强非线性、耦合性和不确定性等特点，使得切換操作伴随着大量过渡时间和过渡料的耗费，影响了聚合装置生产的综合效益。牌号切換研究的主要目标是保证装置平稳安全运行的前提下，实现切换过程所用时间最短和过渡料最少，以此为标准，寻找在切换过程中操作变量及产品性能指标变化的优化轨迹，这个问题属于动态最优化范畴。已有的关于聚烯烃牌号切换轨迹优化过程的研究对此类问题的数值求解方法有序贯法和联立法两种，其中序贯法也称控制向量參数化方法(CVP)，即将动态优化问题转化为非线性规划问题，然后用非线性优化算法(如序列ニ次规划法-SQP)进行求解。CVP的优点在于它是ー种可行路径方法，主要在于控制量在控制时域内离散后的优化及对时间网格的选取，能有效地減少优化參数和约束条件的个数，计算量相对较少。常用CVP方法中的时间网格通常是均匀划分，即时间节点间距相等。对于均匀的网格优化，要取得良好的控制效果往往需要较多的时间节点，并且在优化过程中不会改变，这样会导致ー个大规模非线性规划问题。有文献研究非均匀的网格优化，采用遗传算法或微分进化等随机方法来优化时间节点，但用此类非梯度的优化方法将大大增加计算量。此外，联立法在牌号切換轨迹优化中也有研究，该方法使用有限元正交配置方法将连续状态和控制变量离散化，转为联立非线性规划问题，并且用简化空间内点法求解，但是求解规模巨大，需要专业的求解器。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有方法的不足，提供一种基于变时间尺度控制向量參数化的环管式聚丙烯生产牌号切換轨迹优化方法。本专利技术的技术解决方案为:建立了双环管式丙烯本体聚合生产过程牌号切换轨迹优化模型，同时基于变时间尺度的非均匀控制向量參数化方法有效求解最优控制问题，即通过引入标准化时间变量，将非均匀參数化的最优控制问题转化为均匀參数化问题，并进一步化为非线性规划问题用内点优化算法求解，同时优化控制參数和时间节点，保证切换轨迹优化效率。具体步骤如下:(I)确定产品牌号切換配方。由聚丙烯生产企业的生产调度计划，确定待切换的产品牌号，给出质量指标的目标牌号区域和上下界约束，以及操作变量的操作范围约束，同时给定双环管聚丙烯动态机理数学模型和各变量初始状态。(2)在保证聚丙烯装置平稳安全运行的前提下，实现牌号切换过程所用时间最短和过渡料最少，建立双环管聚丙烯牌号切换过程轨迹优化模型i l ,权利要求1.一种环管式聚丙烯生产牌号切換轨迹优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I)确定产品牌号切換配方； 由聚丙烯生产企业的生产调度计划，确定待切换的产品牌号，给出质量指标的目标牌号区域和上下界约束，以及操作变量的操作范围约束，同时给定双环管聚丙烯动态机理数学模型和各变量初始状态； 步骤(2)建立双环管聚丙烯生产牌号切换过程轨迹优化模型，全文摘要本专利技术公开了。本专利技术包括建立双环管式丙烯本体聚合生产过程牌号切换轨迹优化模型，同时基于变时间尺度的控制向量参数化方法有效求解轨迹优化模型的最优控制问题，即通过引入标准化时间变量，将非均匀参数化的最优控制问题转化为均匀参数化问题，并进一步化为非线性规划问题后用内点优化算法求解，能同时优化控制参数和时间节点，保证了切换轨迹优化效率。本专利技术通过寻找在聚丙烯牌号切换过程中操作变量及产品性能指标变化的优化轨迹，可保证聚丙烯装置在平稳安全运行的前提下，实现切换过程所用时间最短和过渡料最少，从而能够节约经济成本，提高企业生产效益。文档编号G05B13/02GK103116274SQ20131004624公开日2013年5月22日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日专利技术者娄海川, 谢磊, 苏宏业, 古勇, 孙培, 荣冈 申请人:浙江大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种环管式聚丙烯生产牌号切换轨迹优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)确定产品牌号切换配方；由聚丙烯生产企业的生产调度计划，确定待切换的产品牌号，给出质量指标的目标牌号区域和上下界约束，以及操作变量的操作范围约束，同时给定双环管聚丙烯动态机理数学模型和各变量初始状态；步骤(2)建立双环管聚丙烯生产牌号切换过程轨迹优化模型???????????????????????????????????????????????，????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????其中，为时间变量，和表示牌号切换开始和终止时间，分别表示操作变量、被控变量、状态变量和状态变量微分形式的集合，分别表示催化剂入口流率，环管反应器R201、R202的氢气进料流率和环管反应器R201、R202的丙烯单体入口流率，分别表示环管反应器R201、R202的累加熔融指数和瞬时熔融指数；和分别表示各被控变量的初始值和目标值；表示环管反应器R201、R202出口的聚丙烯产率；表示双环管反应器终端时刻的固含率，表示双环管反应器内固含率设定范围；目标函数（1）的第一项为了保证聚丙烯质量指标以最小时间平稳切换过渡到目标牌号，第二项为了保证整个切换过程过渡料总量最小，第三项为了保证两组环管反应器内的淤浆浓度均保持在设定范围；约束组中，式（2）和（3）为以微分方程组和代数方程组形式表示的聚丙烯动态机理模型，式（4）为微分方程组初始状态，式（5）、（6）项中和分别为控制变量和被控变量的上下限区间，式（7）项中为控制增量的上下区间，以防止控制量剧烈变化；此外，定义各惩罚因子，其中由遗忘加权因子和惩罚系数组成，即，，为惩罚系数，而的引入为了保证在牌号切换的终端，双环管的固含率维持在设定范围；步骤(3)?将聚丙烯牌号切换过程轨迹优化模型的最优化问题转化为均匀参数化问题；引入标准化的时间变量，在时间段上尺度变换，定义，使其满足，其中表示优化时间点，即，为时间节点数，表示操作变量，即，时间间隔，为时间尺度因子；则原时间域上轨迹优化模型的动态优化问题即可转化为标准化时域内的动态优化问题，?????????????????????其中，表示问题转化后牌号切换的开始和终止时间范围，表示优化终端时刻，其他参数的定义同；步骤(4)对各操作变量参数化处理，即在各时间段内用分段常数函数逼近连续控制量，即???????式中，表示控制量幅值，切换信号；用离散的控制量在优化时域内对状态方程积分，将优化问题中的动态系统模型约束完全消去，标准化时域最优控制问题即可转化为含有个时间节点参数和个控制参数的非线性规划问题，?????????????????式中，表示控制量离散化后的非线性规划问题形式，和分别表示等式约束和不等式约束，，和，分别表示离散化后的控制量和控制增量幅值的上下限,?为优化参数；?步骤(5)对目标函数和约束进行梯度计算，用内点优化方法求解有约束的非线性规划问题，求得一系列值，即可得到聚丙烯牌号切换操作变量的最优控制轨迹，进而得到状态变量的最优轨迹以及被控变量最优输出轨迹；步骤(6)将优化轨迹输出到下层控制器作为参考轨迹，使聚丙烯生产装置在最短的切换时间和最少过渡料下切换至目标牌号。2013100462472100001dest_path_image002.jpg,2013100462472100001dest_path_image004.jpg,2013100462472100001dest_path_image006.jpg,2013100462472100001dest_path_image008.jpg,2013100462472100001dest_path_image010.jpg,961656dest_path_image006.jpg,2013100462472100001dest_path_image012.jpg,67146dest_path_image006.jpg,2013100462472100001dest_path_image016.jpg,490967dest_path_image006.jpg,2013100462472100001dest_path_image018.jpg,204845dest_path_image006.jpg,201...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：娄海川，谢磊，苏宏业，古勇，孙培，荣冈，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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