一種稀丙酮精餾工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法技術

本發明專利技術公開了一種稀丙酮精餾工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法，包括：步驟1，針對雙層結構的稀丙酮精餾工業模型預測控制系統，求出模型預測控制器的穩態優化層的增益模型；步驟2，找到增益模型中，過程增益矩陣中的不確定元素；步驟3，依據不確定元素和系統干擾變量，求得輸出約束可達集的上邊界和輸出約束可達集的下邊界；步驟4，依據輸出約束可達集的上邊界和輸出約束可達集的下邊界，得到動態優化控制層輸出約束。本發明專利技術提供的稀丙酮精餾工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法，能夠有效解決計算輸出約束可達集上邊界和輸出約束可達集下邊界耗時較長的問題，且求取速度幾乎不會受系統維數的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術設及工業控制領域，具體設及一種稀丙酬精饋工業動態優化控制層輸出約 束的快速設計方法。
技術介紹
丙酬是一種重要的基本有機原料之一，主要用于制造醋酸纖維素膠片薄膜、塑料W及涂料溶劑。在不同的應用場合下，要求丙酬具有不同的純度，有時要求純度很高，甚至 是無水丙酬，但運是很有困難的，因為丙酬極具揮發性，也極具溶解性，所W，想要得到高純 度的丙酬往往十分困難。 要想把低純度的丙酬水溶液提升到高純度，一般使用連續精饋的方法。化工廠中 精饋操作是在直立圓形的精饋塔內進行的，塔內裝有若干層塔板或充填一定高度的填料。 通常稀丙酬精饋塔系統由塔體、塔蓋再沸器、塔頂冷卻器、塔頂回流罐等設備構 成，稀丙酬從中部進入塔體，中壓蒸汽通入塔蓋再沸器作為精饋塔的熱源，塔頂冷卻水進入 塔頂冷卻器給精饋塔提供冷源，冷凝氣化至塔頂的重組分（水），塔內物料經多次的氣化 和冷凝后，高純度的丙酬氣從塔體頂部出來，進入塔頂冷卻器與冷卻水換熱，未被冷凝的氣 體進入放空管道系統，被冷凝至一定溫度的丙酬液體一部分被回流累打回至塔頂作為冷回 流，另一部分作為丙酬產品排出裝置，塔蓋液為帶有微量丙酬的水，塔蓋液作為污水直接用 累排出裝置。 傳統稀丙酬精饋工業動態優化控制層輸出約束的設計方法在求取輸出約束可達 集的上邊界和輸出約束可達集的下邊界時，花費的時間特別多，特別是對于高維系統，往往 需要幾天甚至更長的時間，大大的影響了設計效率。
技術實現思路
本專利技術提供了一種稀丙酬精饋工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法，能 夠有效解決計算輸出約束可達集上邊界和輸出約束可達集下邊界耗時較長的問題，且求取 速度幾乎不會受系統維數的影響。 -種稀丙酬精饋工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法，包括：[000引步驟1，針對雙層結構的稀丙酬精饋工業模型預測控制系統，求出模型預測控制器 的穩態優化層的增益模型如下： y=Gu+G^d式中：y為nXl維的系統輸出，y G SOC; W11]G為nXm維的過程增益矩陣； 陽01引U為mX1維的系統輸入變量，UGSIC; 陽〇1引Gd為nXp維的干擾增益矩陣；d為pX1維的系統干擾變量，dGDWC; 步驟2,找到增益模型中，過程增益矩陣中的不確定元素； 步驟3,依據不確定元素和系統干擾變量，求得輸出約束可達集的上邊界和輸出約 束可達集的下邊界； 步驟4,依據輸出約束可達集的上邊界和輸出約束可達集的下邊界，得到動態優化 控制層輸出約束。 在雙層結構稀丙酬精饋工業模型預測控制系統中，動態優化控制層的輸出約束需 要由上層的穩態優化層給出，傳統的預測控制器輸出約束設計方法只能給出確定系統的輸 出約束，沒有考慮當系統出現不確定性時的輸出約束的設計方法，而稀丙酬精饋工業控制 系統通常帶有不確定性且是非方（系統輸入變量數目小于輸出變量數目）的，利用本專利技術 提供的動態優化控制層輸出約束的設計方法，能夠給在雙層結構稀丙酬精饋模型預測控制 系統中的穩態優化層中給出下一層的輸出約束，保證動態優化控制層模型預測控制器求解 的可行性，同時，求解速度耗時短，幾乎不受系統維數的影響。 作為優選，輸出約束可達集L0KD定義如下： 陽02引 L0KD(G，d)= {y|y=Gu+Gdd;uGSIC，ghkGA，Gd為固定值}式中，ghk為過程增益矩陣G中的不確定元素，將其表示為的形式 輸出約束可達集的上邊界L0邸SJ定義如下：陽02引輸出約束可達集的下邊界L0KDXJ定義如下： 步驟3中，計算輸出約束可達集的上邊界的步驟如下： 陽0川 步驟3-曰-1，求出 ，分別記為kmgx和L,,mm，求出kmgx和L的交集IS，W及交集Is的中 點CI; 陽0巧 步驟3-曰-2,求出 分別記為L,,m。^和Le為正實數，求出km。,和L 的交集 Isel，W及交集Isel的中點Clel;Ls,mm和Ls,maJ勺交集Ise2,W及交集Ise2的中點Cle2;[003引步驟3-a-3,分別計算kmgx各頂點與Cl的距離，w及L,,m,x各頂點與Cl。1的距離， 若km。、某一頂點與CI。1的距離大于該頂點與CI的距離，則該頂點為輸出約束可達集的± 邊界L0KDSJ中的一個頂點，W巧，康示km。,中所有屬于L0KDSJ頂點的集合； 步驟3-曰-4,分別計算kmin各頂點與CI的距離，W及Ls,min各頂點與CIe2的距離， 若kmi。某一頂點與CI。2的距離大于該頂點與CI的距離，則該頂點為輸出約束可達集的± 邊界L0邸SJ中的一個頂點，W隸示kmm中所有屬于L0邸SJ頂點的集合； 步驟3-曰-5,輸出約束可達集的上邊界L0KDSJ的頂點集合為P|監ax,L的頂 點，的邸5"勺頂點所構成的多面體即為輸出約束可達集的上邊界。 作為優選，步驟3中，計算輸出約束可達集的上邊界的步驟如下：步驟3-b_l，求出和 (巧=分別記為L's,max和L's,mm，求出L's,max和L's,mi。的交集I'S，化及交集 I'S的中點CI' ； 陽03引步驟3-b-2,求出和'Z^O/O)(巧郵:=*分別記為L'g，w。和L'g，，iM，e為正實數，求出和L'Awne的 交集I'sel，W及交集I'sel的中點Crel;L's,min和L's,maJ勺交集I'W2,W及交集I'se2的 中點CI'62;步驟3-b-3,分別計算L\m,x各頂點與CI'的距離，W及L'各頂點與CI'。1的 距離，若L\,m。、某一頂點與CI'。1的距離大于該頂點與CI'的距離，則該頂點為輸出約束 可達集的下邊界L0KDXJ中的一個頂點，化:巧5?^^表示1\"_中所有屬于L0KDXJ頂點的集 合； 柳4〇] 步驟3-b-4,分別計算L's,mm各頂點與口'的距離，W及L's,mm各頂點與口'e2的 距離，若L\mi。某一頂點與CI'。2的距離大于該頂點與CI'的距離，則該頂點為輸出約束可 達集的下邊界L0KDXJ中的一個頂點，W心苗。m康示L'S.mi。中所有屬于L0KDXJ頂點的集合；[OOW步驟3-b-5,輸出約束可達集的下邊界L0邸XJ的頂點集合為{的寫醒，1-'S的頂 點，L說,?.ahL0KDXJ的頂點所構成的多面體即為輸出約束可達集的下邊界。 作為優選，動態優化控制層輸出約束L0JX定義如下： ；0043] L0JX(a ) = {y|bi《;y-y。《b2} 式中：罕2…Wn為權重；y。是過程的標稱穩態值，y為系統輸出； 步驟4中，計算動態優化控制層輸出約束的步驟如下： W48] 步驟4-1，利用迭代算法求得aU和a1，使L0JX(aJ與L0KDSJ相切，切點為V+1;L0JX(a1)與L0KDXJ相切，切點為V1;，則動態優化控制層輸出約束 L0JX為：L0JX = {yImin (V", V1)《;y-y〇《max (V4, V1)}。 本專利技術提供的稀丙酬精饋工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法，能夠有 效解決計算輸出約束可達集上邊界和輸出約束可達集下邊界耗時較長的問題，且求取速度 幾乎不會受系統維數的影響。【附圖說明】 圖1為二維系統中求解I郝Iwi的示意圖； 圖2為二維系統中求解輸出約束可達集上邊界所含頂點的示意圖； 圖3為二維系統中求解CI和CIe2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種稀丙酮精餾工業動態優化控制層輸出約束的快速設計方法，其特征在于，包括：步驟1，針對雙層結構的稀丙酮精餾工業模型預測控制系統，求出模型預測控制器的穩態優化層的增益模型如下：y=Gu+Gdd式中：y為n×1維的系統輸出，y∈SOC；G為n×m維的過程增益矩陣；u為m×1維的系統輸入變量，u∈SIC；Gd為n×p維的干擾增益矩陣；d為p×1維的系統干擾變量，d∈DWC；SIC={u|uimin≤ui≤uimax;1≤i≤m};]]>SOC={y|yimin≤yi≤yimax;1≤i≤n};]]>DWC={d|dimin≤di≤dimax;1≤i≤p};]]>步驟2，找到增益模型中，過程增益矩陣中的不確定元素；步驟3，依據不確定元素和系統干擾變量，求得輸出約束可達集的上邊界和輸出約束可達集的下邊界；步驟4，依據輸出約束可達集的上邊界和輸出約束可達集的下邊界，得到動態優化控制層輸出約束。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝磊，謝瀾濤，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33