一种基于正交配置优化的间歇反应釜控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于正交配置优化的间歇反应釜控制系统，由间歇反应釜本体、间歇反应釜端的温度传感器、模数转换器、现场总线网络、DCS、主控室温度及产品浓度状态显示、温度控制阀门端的数模转换器、温度控制阀门构成。控制室工程师指定生产过程的持续时间、反应釜中物料的初始浓度状态、需要提高浓度的目标产品后，DCS执行内部的正交配置优化方法，计算出使目标产物浓度最大的温度控制策略，并转换为温度控制阀门的开度指令，通过现场总线网络发送给温度控制阀门端的数模转换器，使温度控制阀门根据收到的控制指令相应动作；本发明专利技术可以最大化目标产品的浓度，实现挖潜增效。

【技术实现步骤摘要】

【技术保护点】
一种基于正交配置优化（Orthogonal?collocation，简称OC）方法的间歇反应釜控制系统，能够对反应釜进行温度自动控制，以提高目标产品的浓度。其特征在于：由间歇反应釜本体、间歇反应釜端的温度传感器、模数转换器、现场总线网络、DCS、主控室温度及产品浓度状态显示、温度控制阀门端的数模转换器、温度控制阀门构成。所述系统的运行过程包括：步骤A1：控制室工程师指定生产过程的持续时间、反应釜中物料的初始浓度状态、需要提高浓度的目标产品；步骤A2：DCS执行内部的正交配置优化方法，计算出使目标产物浓度最大的温度控制策略；步骤A3：DCS将计算获得的温度控制策略转换为温度控制阀门的开度指令，通过现场总线网络发送给温度控制阀门端的数模转换器，使温度控制阀门根据收到的控制指令相应动作；步骤A4：间歇反应釜端的温度传感器实时采集反应釜温度，经过模数转换器后用现场总线网络回送给DCS，并在主控室内显示，使控制室工程师随时掌握生产过程。所述的DCS，包括信息采集模块、初始化模块、常微分方程组（Ordinary?differential?equations，简称ODE）正交配置模块、非线性规划问题（Non?linear?Programming，简称NLP）求解模块、控制指令输出模块。其中信息采集模块包括生产过程持续时间采集、目标产品采集、温度控制要求采集三个子模块，NLP求解模块包括寻优方向计算、寻优步长计算、NLP收敛性判断三个子模块。所述DCS产生温度控制阀门开度指令的正交配置优化方法，运行步骤如下：步骤B1：信息采集模块（1）获取工程师指定的生产过程持续时间、需要最 大化浓度的目标产品、以及温度控制要求。执行从步骤B2开始的正交配置优化方法；步骤B2：初始化模块（2）开始运行，设置生产过程时间的分段数、温度控制策略和状态轨迹的初始猜测值T(0)(t)和x(0)(t)，设定计算精度tol；步骤B3：通过ODE正交配置模块将常微分方程组在时间轴[t0,tf]上全部离散；步骤B4：通过NLP求解模块获得所需的温度控制策略和对应浓度状态，这个过程包括多次内部迭代，每次迭代都要计算寻优方向和寻优步长。对于某一次迭代得到的温度控制策略T(k)(t)，如果其对应目标函数值J[T(k)(t)]与前一次迭代的目标函数值J[T(k?1)(t)]之差小于精度要求tol，则判断收敛性满足，并将温度控制策略T(k)(t)作为指令输出到温度控制阀门。所述的ODE正交配置模块，采用如下步骤实现：步骤C1：将温度控制策略T(t)、状态轨迹x(t)用M阶基函数的线性组合表示，即：T(t)≈Σj=1MTi,jφi,j(M)(t)i=1,2,...,Nx(t)≈Σj=1Mxi,jφi,j(M)(t)i=1,2,...,N其中N是时间轴[t0,tf]的离散段数，φ(t)可以选择拉格朗日插值基函数、样条基函数、小波基函数等不同种类的基函数，线性组合系数Ti,j和xi,j分别是T(t)和x(t)在配置点ti,j上的值。步骤C2：由于所有基函数的导函数表达式已知，于是状态轨迹的微分方程组被离散化代数形式：x·(t)≈Σj=1Mxi,jφ·i,j(M)(t)i=1,2,...,N步骤C3：用离散化后的微分方程组代替原来微分方程组，将得到待求的NLP。所述的NLP求解模块，采用如下步骤实现：步骤D1：将制动力T(k?1)(t)作为向量空间中的某个点，记作P1，P1对应的目标函数值就是J[T(k?1)(t)]；步骤D2：从点P1出发，根据选用的NLP算法构造向量空间中的一个寻优方向d(k?1)和步长α(k?1)步骤D3:通过式T(k)(t)=T(k?1)(t)+α(k?1)d(k?1)构造向量空间中对应T(k)(t)的另外一个点P2，使得P2对应的目标函数值J[T(k)(t)]比J[T(k?1)(t)]更优。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴高，胡云卿，周赤平，张海波，孙优贤，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：