一种基于离散技术的聚合过程牌号切换轨迹优化方法

摘要

本发明涉及一种基于离散技术的聚合过程牌号切换轨迹优化方法。传统牌号切换过程的轨迹优化计算十分困难。本发明方法首先建立聚合过程牌号切换的通用轨迹优化模型并合并为动态轨迹优化模型，然后以有限元离散技术为核心，将动态轨迹优化模型采用有限元离散技术将动态轨迹优化模型转换为稳态模型，通过非线性规划算法对只含代数方程的稳态模型进行求解，得到最优的聚合过程牌号的切换轨迹，将得到的切换过程中的控制变量计算结果提供给聚合物生产现场控制装置，对现场生产装置进行控制调节。本发明方法提高了轨迹切换过程计算的可行性，能有效地减少聚合过程牌号切换过程中不合格产品的产生，并减小切换时间，达到经济指标的最优。

主权项

一种基于离散技术的聚合过程牌号切换轨迹优化方法，其特征在于该方法的具体步骤是：步骤(1)建立聚合过程牌号切换的通用轨迹优化模型，包括切换时间最短模型和不合格产品最小量模型；所述的切换时间最短模型表示为： Min u { t gt } s.t. dx dt = f ( x ( t ) , u ( t ) , t ) g(x(tgt)，u(tgt)，tgt)＜＝0所述的不合格产品最小量模型表示为： Min u , t gt { ∫ 0 t gt [ p ( x ( t ) , u ( t ) , t ) - p t arg et ] 2 dt } s.t. dx dt = f ( x ( t ) , u ( t ) , t ) g(x(tgt)，u(tgt)，tgt)＜＝0其中，tgt表示切换时间、p表示切换过程中任一时刻的产品指标、ptarget表示目标牌号的产品指标，x表示状态变量、u表示控制变量、t表示时间常数，Min表示最小，f表示状态函数，g表示约束条件，即对初始牌号或者目标牌号的产品指标提出要求；步骤(2)将建立的切换时间最短模型和不合格产品最小量模型合并为以下动态轨迹优化模型： Min u , t gt { J ( x ( t ) , u ( t ) , t ) } s.t. dx dt = f ( x ( t ) , u ( t ) , t ) g(x(tgt)，u(tgt)，t)＜＝0其中，J表示目标函数；步骤(3)将动态轨迹优化模型采用有限元离散技术将动态轨迹优化模型转换为稳态模型；首先对牌号切换时间进行有限元分割，然后将控制变量u和状态变量x在每个有限元上进行离散化，将上述的动态轨迹优化模型转换成非线性规划的稳态模型；对牌号切换时间进行有限元分割就是将牌号切换时间就分割成一个个相连的有限元，即一个个互连的时间子域；离散化过程是对控制变量和状态变量在每个有限元上，通过离散规则进行全离散化；通过离散化将同时含有微分方程和代数方程的牌号切换动态轨迹优化模型转换成只包含代数方程的稳态模型，表示为： Min u , t gt J ( x , u , t ) s.t.c(x，u，t)＝0g(x，u，t)＝0其中，c表示代数方程约束，由状态函数f通过上述离散化过程得到；步骤(4)通过非线性规划算法对只含代数方程的稳态模型进行求解，得到最优的聚合过程牌号的切换轨迹，求得控制变量u和切换时间tgt；步骤(5)将得到的切换过程中的控制变量计算结果u提供给聚合物生产现场控制装置，控制装置根据该控制策略对现场生产装置进行控制调节。