本文關(guān)鍵詞：基于魯棒模型的過程工藝與控制集成設(shè)計方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在實際的化工過程中,過程的工藝設(shè)計和控制方案設(shè)計一般采用分步序貫設(shè)計方法來實現(xiàn),即首先根據(jù)成本最優(yōu)準(zhǔn)則,設(shè)計獲得基于穩(wěn)態(tài)過程模型的最佳過程工藝參數(shù),再根據(jù)穩(wěn)態(tài)工藝條件設(shè)計控制系統(tǒng)的被控變量及操作變量以及相應(yīng)的控制算法。這種設(shè)計方法有利于降低計算難度、減少計算量,但是卻割裂了工藝設(shè)計與控制器設(shè)計之間存在的內(nèi)在聯(lián)系。由于采用序貫設(shè)計法進(jìn)行工藝設(shè)計時所預(yù)留的彈性區(qū)間沒有一個很好的衡量標(biāo)準(zhǔn),因此,對于非線性較強(qiáng)的過程,基于穩(wěn)態(tài)優(yōu)化獲得的工藝參數(shù)與后續(xù)的控制器設(shè)計不能很好地匹配,有時甚至?xí)䦟?dǎo)致過程的控制質(zhì)量低下�？紤]到序貫設(shè)計法的不足,逐漸將目光轉(zhuǎn)移到了工藝與控制的集成設(shè)計領(lǐng)域。相關(guān)研究表明,在工藝設(shè)計的同時考慮過程控制器的設(shè)計能獲得較優(yōu)甚至全局最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性能和動態(tài)性能。本文以化工過程中常見的連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器(CSTR)作為研究對象,開展過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計方法研究,主要工作如下:(1)通過查閱大量有關(guān)過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計方法研究的國內(nèi)外文獻(xiàn),對過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計問題的研究框架、集成設(shè)計框架中擾動和不確定性的處理方法以及集成設(shè)計問題的求解方法等進(jìn)行了一個總結(jié)與分析;并結(jié)合研究對象,對描述非線性過程的不確定性魯棒模型的相關(guān)理論進(jìn)行了綜述。(2)研究了基于魯棒模型的過程工藝與控制系統(tǒng)集成優(yōu)化設(shè)計方法,該方法的核心思想是將閉環(huán)過程的非線性行為辨識成不確定性狀態(tài)空間模型,然后基于該魯棒模型利用二次李雅普諾夫函數(shù)(QLF)來保證閉環(huán)過程的漸近穩(wěn)定性,同時也可以利用線性矩陣不等式(LMI)來獲得該閉環(huán)過程在外部擾動情況下過程變量的最壞輸出情況。最后將整個集成設(shè)計問題由動態(tài)優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成一個帶約束的非線性規(guī)劃問題。將該集成設(shè)計方法用于CSTR反應(yīng)器工藝和控制系統(tǒng)設(shè)計,研究結(jié)果表明,與一般的基于動態(tài)優(yōu)化的過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計方法相比,其計算難度大大降低,能夠獲得經(jīng)濟(jì)性能與動態(tài)性能更優(yōu)的化工過程。(3)針對工業(yè)過程中廣泛采用先進(jìn)控制/常規(guī)控制分層遞階控制結(jié)構(gòu)實際情況,即在底層采用常規(guī)控制(PID)快速抑制進(jìn)入系統(tǒng)的干擾,上層采用先進(jìn)控制(APC)獲得優(yōu)良的跟蹤性和魯棒性。在基于魯棒模型的過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計方法研究基礎(chǔ)上,提出了一種基于先進(jìn)控制/常規(guī)控制的分層遞階控制策略的過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計方法。通過在集成設(shè)計框架中引入LQR-PI分層控制策略來提高過程的動態(tài)性能,從而減小由于預(yù)設(shè)特定擾動形式及利用魯棒模型求解過程輸出最壞情況時給整個設(shè)計結(jié)果帶來的保守性。首先,將被控對象和常規(guī)PI控制器構(gòu)成廣義對象,并將其作為先進(jìn)控制層的被控對象,構(gòu)造一種LQR-PI分層遞階控制結(jié)構(gòu)。然后在存在外部時變擾動及參數(shù)不確定條件下,將LQR先進(jìn)控制器與廣義對象組成的閉環(huán)過程辨識成帶有不確定性參數(shù)的魯棒模型。最終通過求解一個非線性規(guī)劃問題得到集成設(shè)計的最優(yōu)工藝設(shè)計與控制器參數(shù),該方法同樣應(yīng)用于CSTR過程,結(jié)果證明了方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：工藝 魯棒模型 集成設(shè)計 控制 連續(xù)攪拌釜式反應(yīng)器
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ02;TP273
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 選題背景及意義12-16
• 1.2 本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排16-20
• 第二章 過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計文獻(xiàn)綜述20-40
• 2.1 引言20-22
• 2.2 過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計研究范圍22-25
• 2.2.1 集成設(shè)計框架中的優(yōu)化變量及控制策略23-24
• 2.2.2 集成設(shè)計應(yīng)用范圍24-25
• 2.3 集成設(shè)計框架中擾動及不確定性處理方法25-27
• 2.3.1 擾動的處理方法25-26
• 2.3.2 不確定性的處理方法26-27
• 2.4 過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計問題的求解方法27-32
• 2.4.1 基于可控性指標(biāo)的方法27-28
• 2.4.2 動態(tài)優(yōu)化方法28-31
• 2.4.3 基于模型的優(yōu)化方法31-32
• 2.5 魯棒模型的相關(guān)理論32-37
• 2.5.1 模型不確定性描述33-35
• 2.5.2 線性矩陣不等式35-37
• 2.6 本章小結(jié)37-40
• 第三章 基于魯棒模型的過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計研究40-58
• 3.1 引言40-41
• 3.2 基于魯棒模型的過程工藝與控制系統(tǒng)集成設(shè)計框架41-42
• 3.3 方法描述42-49
• 3.3.1 魯棒狀態(tài)空間模型43-44
• 3.3.2 模型驗證44-45
• 3.3.3 閉環(huán)過程漸近穩(wěn)定性45-46
• 3.3.4 過程輸出的最大變化46-47
• 3.3.5 過程可行性47
• 3.3.6 求解步驟47-49
• 3.4 案例研究及結(jié)果分析49-56
• 3.5 本章小結(jié)56-58
• 第四章 基于魯棒模型與分層遞階控制策略的過程工藝與控制集成設(shè)計研究58-78
• 4.1 引言58
• 4.2 工業(yè)過程的分層遞階控制結(jié)構(gòu)58-61
• 4.3 基于魯棒模型與分層遞階控制策略的集成優(yōu)化設(shè)計框架61-64
• 4.3.1 廣義被控對象62
• 4.3.2 魯棒狀態(tài)空間模型估計62-63
• 4.3.3 模型及過程約束驗證63-64
• 4.4 方法描述64-69
• 4.4.1 集成設(shè)計成本函數(shù)64
• 4.4.2 過程模型和控制算法64-67
• 4.4.3 過程穩(wěn)定性及可行性約束67-68
• 4.4.4 集成設(shè)計框架求解流程68-69
• 4.5 案例研究及結(jié)果分析69-76
• 4.6 本章小結(jié)76-78
• 第五章 總結(jié)與展望78-82
• 5.1 總結(jié)78-79
• 5.2 研究展望79-82
• 參考文獻(xiàn)82-88
• 作者簡歷88-90
• 致謝90

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 許鋒,羅雄麟;控制與工藝集成優(yōu)化設(shè)計研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2005年05期

2 周猛飛,蔡亦軍,潘海天,夏陸岳,孫小方;聚合反應(yīng)過程的先進(jìn)控制及優(yōu)化[J];石油化工;2003年07期

  本文關(guān)鍵詞：基于魯棒模型的過程工藝與控制集成設(shè)計方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：337052