[发明专利]一种基于自适应优化控制网格的间歇反应器最优控制系统

说明书

本发明公开了一种基于自适应优化控制网格的间歇反应器最优控制系统，该系统由间歇反应器本体、间歇反应器端的液相流量计、模数转换器、现场总线网络、DCS、主控室进料速率显示、流量控制阀门端的数模转换器、流量控制阀门构成。控制室工程师指定生产过程持续时间和进料速率控制要求后，DCS得到使目标产品产量最大化的进料速率控制策略并转换为流量控制阀门的开度指令，通过现场总线网络发送给流量控制阀门端的数模转换器，使流量控制阀门根据收到的开度指令相应动作，液相流量计实时采集反应器进料速率并回送给DCS，使控制室工程师随时掌握生产过程。本发明能够最大化间歇反应器中目标产品的产量，实现挖潜增效。

技术领域

本发明涉及反应器控制领域，主要是一种基于自适应优化控制网格的间歇反应器最优控制系统。该系统能够对间歇反应器进料速率进行自动最优控制，以提高目标产品的产量。

背景技术

间歇反应器，广泛应用于石油化工、生物医药、生命健康等领域。在实际生产中，当物料初始浓度、生产时间等因素确定后，影响产品产量的最关键因素就是底物进料速率。由于不同产品的生产工艺要求不同，所以按生产工艺要求对间歇反应器自动地进行进料速率最优控制具有重要意义。当前国内间歇反应器的控制方法中很少采用最优控制理论及对应方法，控制器中的参数往往凭已有经验设定。采用最优控制方法后，间歇反应器中目标产品的产量可以进一步提高，实现挖潜增效。

发明内容

为了提高间歇反应器中目标产品的产量，本发明提供了一种基于自适应优化控制网格的间歇反应器最优控制系统，该系统借助DCS作为最优控制方法的实现载体。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于自适应优化控制网格的间歇反应器最优控制系统，能够对间歇反应器进料速率进行自动最优控制，以提高目标产品的产量。由间歇反应器本体、间歇反应器端的液相流量计、模数转换器、现场总线网络、DCS、主控室进料速率显示、流量控制阀门端的数模转换器、流量控制阀门构成。所述系统的运行过程包括：

步骤A1：控制室工程师设定生产过程持续时间以及进料速率控制要求；

步骤A2：DCS执行内部的自适应优化控制网格最优控制方法，计算出使目标产品产量最大化的进料速率控制策略；

步骤A3：DCS将得到的进料速率控制策略转换为流量控制阀门的开度指令，通过现场总线网络发送给流量控制阀门的数模转换器，使流量控制阀门根据收到的开度指令做出相应动作；

步骤A4：间歇反应器端的液相流量计实时采集间歇反应器进料速率，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、约束条件处理模块、控制向量参数化模块、非线性规划(Nonlinear Programming，NLP)问题求解模块、终止条件判断模块、自适应控制网格划分模块、时间尺度转换模块、控制指令输出模块。

间歇反应器中目标产品的生产过程可以描述为：

其中t表示时间，t₀表示生产过程开始时间，t_f表示生产过程结束时间；被称为状态变量，表示间歇反应器中物料浓度，x₀是其初始值，是其一阶导数；u(t)表示间歇反应器的进料速率，u_l、u_u分别为其下限值和上限值；是根据物料守恒、能量守恒建立的微分方程组；是生产过程中对物料浓度、进料速率建立的约束条件。

假设以Φ[x(t_f)]表示目标产品的最终产量，则使该产品产量最大化的数学模型可表示为：

其中J[u(t)]表示控制目标，由进料速率u(t)决定。该问题本质上是一个最优控制问题。