专利名称：基于双层递阶结构的聚丙烯生产过程牌号切换控制方法
技术领域：
本发明涉及聚丙烯工业过程牌号切换领域，特别地，涉及一种基于双层递阶结构的聚丙烯生产过程牌号切换控制方法。
背景技术：
聚丙烯产品种类繁多，为了满足市场需求，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工艺条件频繁地切换牌号。在实际牌号切换过程中，经过离线切换轨迹优化的方法能给现场工程师和操作工带来较好的指导作用，到目前为止已经有了许多成功的应用案例。但由于实际过程运行复杂，工况变化等不确定因素和过程扰动的存在，实际操作轨迹与按模型所求得的最优操作轨迹可能有较大偏差，从而会导致开环控制的效果明显减弱，甚至可能会误导操作人员，因此，如何实现聚丙烯生产牌号切换闭环控制，并提高最优轨迹的在线跟踪精度，同时设计优化和控制的结构使其具有可操作性是必须考虑的问题。在化工过程结合动态优化和过程控制有几种常用的分层递阶结构。第一种是双层递阶结构稳态实时优化，这种两层RTO体系结构已经被成功地应用于大型复杂的化学和石化工业。然而，这种结构存在一些缺点，例如，由于不确定性的存在和频繁的外部干扰，装置运行的经济最佳工作点经常发生转移，同时实际操作时一些装置无法运行在一个稳态模式，从而导致上层优化结果无法适用于下层MPC实时控制。因此，有关学者将这种RTO架构经济优化问题整合成单一的动态优化问题(动态实时优化-DRT0)。但是，单层的方法对于复杂的非线性问题，缺乏可靠且高效的求解方法，容易产生安全性和可靠性问题，且缺乏可移植性，到目前为止，单层DRTO方法较少有成功的工业应用。因此，有学者尝试在单层的DRTO方法求解方案和效率上取得突破。如，在采样时间内的迭代收敛过程中，利用参数的敏感性提供快速的更新。不过这种方法仅基于假设在一个采样时间里获得全局最优解。与单层DRTO类似思想的另一种方法，即双层DRTO策略，其上下层控制器工作在不同的时间尺度，这种体系结构可以处理不同类型动态和不确定性，不过迄今大多数文献没有考虑在线轨迹偏差检测和更新机制，且这种体系结构并没有应用到聚丙烯生产过程牌号切换控制领域。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有方法的不足，提供一种基于双层递阶结构的聚丙烯生产过程牌号切换控制方法。本发明的技术解决方案为:在双层递阶结构下结合聚丙烯牌号切换轨迹动态优化和轨迹跟踪预测控制设计了聚丙烯生产过程牌号切换控制策略，其中切换轨迹动态优化采用控制向量参数化方法，而轨迹跟踪控制器采用模型预测控制器对过程实现快速跟踪控制，同时引入滑窗技术和偏差检测以便在线更新最优轨迹。具体步骤如下:(I)确定产品牌号切换配方。由聚丙烯生产企业根据市场需求的调度计划，确定待切换的产品牌号，给出质量指标目标牌号区域和上下界约束，以及操作变量操作范围约束，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，建立聚丙烯牌号切换过程上层轨迹优化模型，并用控制向量参数化方法求解动态优化问题。
权利要求
1.基于双层递阶结构的聚丙烯生产过程牌号切换控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤(I)确定产品牌号切换配方； 由聚丙烯生产企业根据市场需求的调度计划，确定待切换的产品牌号，给出质量指标目标牌号区域和上下界约束，以及操作变量操作范围约束，同时给定聚丙烯动态机理数学模型和各变量初始状态； 步骤(2)建立聚丙烯牌号切换过程上层轨迹优化模型 H，并用控制向量参数化方法求解该动态优化问题；
全文摘要
本发明公开了一种基于双层递阶结构的聚丙烯生产过程牌号切换控制方法。本发明包括上层聚丙烯牌号切换轨迹动态优化、下层轨迹跟踪预测控制及轨迹偏差检测与在线更新机制。本发明在双层递阶结构下结合聚丙烯牌号切换轨迹动态优化和轨迹跟踪预测控制设计了聚丙烯生产牌号切换控制策略，其中切换轨迹动态优化采用控制向量参数化方法，而轨迹跟踪控制器采用模型预测控制器对过程实现快速跟踪控制，同时引入偏差检测机制以便在线更新最优轨迹。本发明可以克服聚丙烯生产牌号切换过程中的不确定因素和扰动影响，实现牌号切换闭环控制，并提高最优轨迹的在线跟踪精度，从而节约聚丙烯牌号切换过程的经济成本，提升企业综合效益。
文档编号G05B13/04GK103176408SQ201310046220
公开日2013年6月26日 申请日期2013年2月1日 优先权日2013年2月1日
发明者娄海川, 谢磊, 苏宏业, 古勇, 孙培, 荣冈 申请人:浙江大学