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2010年 第61卷 第8期 刊出日期:2010-08-05
    过程系统工程
    印染车间作业计划优化调度
    周晓慧, 陈纯, 吴鹏, 郑骏玲
    化工学报. 2010, 61(8):  1877-1881. 
    摘要 ( 928 )   PDF (740KB) ( 648 )  
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    由于基于统一离散时间表示的生产过程优化模型的约束和变量多,基于连续时间的批处理短期调度在近10年得到了广泛的重视和研究。本文简略介绍了生产过程调度模型的情况,通过对生产过程优化调度模型和印染生产工艺的研究,建立了基于连续时间印染生产过程优化调度MILP模型。然后,通过把数学模型转换成ILOG OPL语言描述的模型,以浙江省某印染企业2个案例为数据,利用ILOG CPLEX进行求解,调度结果以甘特图的形式表达。结果表明印染生产连续时间MILP调度模型的有效性,优化了车间生产资源的配置。

    流化床锅炉煤泥湿法输送系统建模与优化
    江爱朋, 姜周曙, 王春林, 陈立, 江爱伟, 邵兵, 范家峰
    化工学报. 2010, 61(8):  1882-1888. 
    摘要 ( 931 )   PDF (807KB) ( 523 )  
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    煤泥发电是实现煤泥、煤矸石资源化利用最有效的途径,煤泥的湿法管道输送是煤泥燃烧发电过程中重要环节,存在最佳输送操作浓度问题。以煤泥输送流变特性、煤泥发热量特性以及流化床锅炉燃烧发电热力过程为基础,建立了煤泥湿法管道输送以及锅炉热利用模型,以及基于电耗与煤耗综合费用目标最小的最优经济性目标,通过非线性优化计算得到了电厂煤泥输送最佳含水量值。考虑到煤泥价格、电价以及其他参数对优化目标的影响,对煤泥湿法管道输送距离、电耗、煤耗等影响因素进行了系统分析与优化计算,得出了在上述参数发生变化时的最优操作工况以及相应组成成本情况。本研究结果对流化床锅炉运行优化与节能具有重要意义。

    基于无约束迭代学习的间歇生产过程优化控制
    贾立, 施继平, 邱铭森, 俞金寿
    化工学报. 2010, 61(8):  1889-1893. 
    摘要 ( 600 )   PDF (768KB) ( 485 )  
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    针对基于迭代学习控制的间歇过程优化控制算法难以进行收敛性分析的难题,本文基于数据驱动的神经模糊模型提出一种新颖的间歇过程无约束迭代学习控制方法,通过调节因子的变化去除了约束条件,使控制轨迹在批次轴上收敛,并创新性地对优化问题的收敛性给出了严格的数学证明。在理论研究的基础上,将本文提出的算法用于间歇连续反应釜的终点质量控制研究,仿真结果验证了本文算法的有效性和实用价值,为间歇过程的优化控制提供了一条新途径。

    基于LTSA的FS-SVDD方法及其在化工过程监控中的应用
    张少捷, 王振雷, 钱锋
    化工学报. 2010, 61(8):  1894-1900. 
    摘要 ( 873 )   PDF (440KB) ( 327 )  
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    基于支持向量数据描述(SVDD)方法的非高斯过程监控和故障诊断具有众多优点。然而在对SVDD离线建模时需要在整个训练样本集上操作,对大样本集计算量相当大,也不利于在线操作时模型的更新。对此提出一种基于特征样本的SVDD(FS-SVDD),采用特征样本提取方法用少数几个特征样本代替原始数据集进行训练,显著降低了建模复杂度。同时,针对传统的线性降维算法如主成分分析(PCA)存在的提取过程数据非线性结构能力不足的缺点,首先用局部切空间排列(LTSA)方法提取出低维子流形,进行有效的维数约减;接着在这个低维子流形上执行SVDD算法;最后,利用相应统计指标进行过程监控。在TE过程上的仿真表明上述方法的有效性。

    基于两个节点排水管网水力学模型的新方法
    何杨, 王建中, 鲁仁全
    化工学报. 2010, 61(8):  1901-1904. 
    摘要 ( 705 )   PDF (848KB) ( 373 )  
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    解决基于Saint-Venant方程组的传递函数模型的问题,应用于城市排水系统合流管道污水溢出的控制,使溢出率最小。利用现存的排水系统设施,通过灵活的控制和最优化流量以达溢出率最小的目的。首先,基于Saint-Venant方程组,推导出应用于排水管道的一般的传递函数模型;然后,对于中间有旁侧流入的一段两节点的排水管道进一步分析,基于上面的模型进行计算;最后,应用MIKEURBAN软件进行仿真,与模型计算的结果进行比较分析。

    基于数据的城市污水泵站系统建模
    张学同, 徐哲, 左燕, 赵晓东, 薛安克
    化工学报. 2010, 61(8):  1905-1911. 
    摘要 ( 738 )   PDF (1856KB) ( 616 )  
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    根据Gelormino管网LTI离散模型,结合实际推导出可行的广义数据模型,提出了系统辨识方法:(1)通过数据挖掘技术实现模型结构聚类;(2)采用相关性分析技术确定模型结构;(3)采用最小二乘法及渐消记忆递推最小二乘法实现模型参数辨识及在线辨识。实例计算结果表明,该方法建立的数据模型可以很好地模拟并预测泵站的污水流入量、污水总量以及水位变化情况,可用于指导城市污水泵站的运行管理。

    一种新的DNA遗传算法及其在参数估计中的应用

    陈霄;王宁
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1912-1918. 
    摘要 ( 922 )   PDF (825KB) ( 548 )  
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    化工过程的参数估计是十分棘手的问题,为此常将这类问题转化为非线性优化问题来解决。遗传算法是一种适应性强的全局搜索方法,常被用于解决非线性系统的参数估计问题。但其局部搜索能力较差,易早熟。针对遗传算法的缺点,提出了一种新的DNA遗传算法。该方法使用碱基对个体进行四进制编码,受DNA分子操作启发设计了新的交叉和变异算子。两个经典测试函数的计算结果表明,该算法的搜索能力相对于其他两种算法有了明显提高。使用该算法来估计重油热解三集总模型中的参数,结果表明所建模型拟合精度高。

    石化企业物料平衡的多层次数据校正方法

    陈昌菊;冯毅萍;许华;荣冈
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1919-1926. 
    摘要 ( 739 )   PDF (10333KB) ( 314 )  
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    针对石化企业多层次物料平衡需求,提出了一种多层次数据校正方法和分层物料平衡策略。首先介绍了物料平衡的工程背景,从测量条件、数据转换和平衡流程等角度分析了企业物料平衡存在的问题和传统方法的不足。基于石化企业装置层、调度层、统计层的多层次物流管理模型,提出了多层次数据校正方法,并给出了统一的数学描述。该方法进一步引入层间约束关系作为某一层次的校正约束方程,增加了测量数据的冗余性。对于多层次数据校正的不一致性问题,提出以下策略:先进行工厂统计平衡,校正储罐收付量,再完成调度平衡,求出装置间的互供量,最后进行分装置平衡,完成全厂装置层物料平衡。该方法提高了数据校正结果的精度,降低了求解规模。仿真研究实例说明了方法的有效性。

    粒子群优化算法在催化裂化模型参数估计中的应用

    栗伟;苏宏业;刘瑞兰
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1927-1932. 
    摘要 ( 1052 )   PDF (2840KB) ( 1128 )  
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    参数估计是化工模型工业应用中的重要课题,有相当的难度。针对催化裂化八集总模型的动力学参数估计问题,考察了不同类型优化算法的应用效果,结果表明,粒子群优化算法简单、容易实现,而且可以避免传统方法对初始值的依赖,并进一步提出用结合Levenberg-Marquardt算法的混合粒子群优化算法提高参数估计效果。工业实例表明,用混合粒子群优化算法得到的动力学参数可以保证模型的预测精度。

    聚酯装置酯化生产过程动态模拟
    罗娜, 叶贞成, 钟伟民, 钱锋
    化工学报. 2010, 61(8):  1933-1941. 
    摘要 ( 990 )   PDF (657KB) ( 268 )  
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    动态模型是进行生产过程动态优化的基础。本文采用链段法建立了聚酯装置酯化生产过程反应器和工艺塔相互影响的动态模型,分析了基本控制系统作用下过程操作工况的动态阶跃响应特性。模拟结果表明,酯化反应器进料摩尔配比及反应器温度、压力、液位的调整显著影响了酯化过程气相流的变化,且对反应产物中端羧基含量和聚合度等指标的响应比较灵敏;控制系统对稳定酯化生产过程操作起着显著的作用。

    基于多群竞争PSO-RBFNN的乙烯裂解深度智能优化控制

    耿志强;朱群雄;顾祥柏;林晓勇
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1942-1948. 
    摘要 ( 905 )   PDF (1500KB) ( 1835 )  
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    提出一种基于K均值聚类的多群竞争粒子群优化算法(MSCPSO),该算法避免陷入局部最优,提高了算法的全局搜索能力。同时利用MSCPSO训练RBF神经网络并建立裂解产物的在线预测模型,研究一种集成MSCPSO-RBFNN过程建模的裂解深度智能优化控制方法。该方法以实现乙烯和丙烯收率之和最大化为目标函数,把满足优化目标的裂解深度作为深度控制器的输入,并与裂解炉出口温度先进控制系统集成,实现裂解深度的平稳控制。实际应用效果表明,提高了乙烯和丙烯的收率,裂解深度控制更加稳定,该方法具有良好的适应性、稳定性。

    一类多变量系统的自抗扰非线性动态解耦控制

    苏思贤;杨慧中
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1949-1954. 
    摘要 ( 974 )   PDF (1125KB) ( 573 )  
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    针对一类多变量系统控制中的耦合问题,提出了一种基于自抗扰技术的非线性动态解耦控制(ADRC)方法。该方法不依赖于系统的精确数学模型,分别在控制器耦合矩阵部分已知和未知的情形下,在局部静态解耦的基础上,将各子系统的模型摄动、外扰和包括输入变量相互作用在内的动态耦合视为各通道上的扰动总和,通过引入虚拟控制和状态量,设计扩张状态观测器(ESO)估计总扰动并进行反馈补偿,进而再对各解耦子对象分别设计非线性单输入单输出ADRC以保证闭环系统稳定。最后以蒸馏塔模型的过程控制仿真验证了该方法具有良好的动态解耦效果,对模型不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力。

    基于PSO_SA算法的聚丙烯熔融指数预报

    李九宝;刘兴高
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1955-1959. 
    摘要 ( 835 )   PDF (1378KB) ( 255 )  
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    实时准确的熔融指数预报在控制聚丙烯产品质量和提高聚丙烯生产的经济效益上有着举足轻重的作用。本文提出了一种粒子群优化(PSO)算法和模拟退火(SA)算法相结合的PSO_SA算法,该算法利用PSO和SA的优劣势进行互补,提高了算法寻优的能力和效果。利用此算法对建立的RBF聚丙烯熔融指数预报模型进行结构寻优,得到结构最优的预报模型。最后通过该模型对实际聚丙烯生产数据的预报研究,证明了PSO_SA算法寻优得到的预报模型具有很高的预报精度和可靠性能。

    定性/定量集成优化控制器的形式化设计方法

    吴锋
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1960-1964. 
    摘要 ( 650 )   PDF (557KB) ( 203 )  
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    在化工过程中广泛存在着混杂系统的特性,即系统的信息结构由系统事件和系统状态构成。本文以时段演算为工具提出面向混合信息结构的混杂系统在定性/定量双重指标约束下的形式化设计方法,它将时段演算应用于混杂系统的需求刻划,得出控制系统的定性/定量行为和语义的定义,给出控制系统的行为描述形式化、优化描述形式化和基于时段演算的形式化设计步骤。最后结合一个应用实例,说明设计方法的有效性。

    Texaco水煤浆气化装置配煤模型及其优化

    孙漾;张凌波;顾幸生
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1965-1970. 
    摘要 ( 1112 )   PDF (551KB) ( 387 )  
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    优化配煤对Texaco水煤浆加压气化装置的优化运行具有重要的意义。针对Texaco水煤浆气化装置优化配煤问题,建立了一个管理决策级视角下的配煤优化模型。模型综合考虑了混煤指标、库存成本、市场价格、操作成本、堆存和转运消耗。采用预交叉差分进化粒子群优化算法对模型进行求解,算法将粒子群和差分进化相结合,避免算法早熟,提高了全局搜索能力和收敛精度。最后,以某化肥厂水煤浆配煤优化过程为研究实例进行仿真,计算结果验证了模型和算法的可行性。

    基于最优控制方法的聚合物驱注入浓度优化

    张晓东;张强;雷阳;李树荣;周英毫
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1971-1977. 
    摘要 ( 785 )   PDF (696KB) ( 241 )  
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    针对聚合物驱提高原油采收率技术,建立了确定最佳注入浓度的最优控制模型。性能指标为一定时间内原油开采所获得的利润,约束条件包括非线性渗流力学偏微分方程组、积分不等式约束和控制变量的边界约束。利用二维分布参数系统最优控制的必要条件获得了原最优控制问题的伴随问题以及目标泛函的梯度。给出了求解该最优控制问题的一种基于梯度的数值方法,并通过研究实例表明了所提出方法的有效性。

    基于原-对偶内点法的化工过程优化算法

    洪伟荣;王彦;谭鹏程
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1978-1982. 
    摘要 ( 825 )   PDF (826KB) ( 432 )  
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    在基于积极集SQP的拟序贯算法研究基础上,提出了基于原-对偶内点法的拟序贯化工过程优化算法。拟序贯算法分为模拟层和优化计算层双层。模拟层中使用正交配置法同时离散状态变量和控制变量,变量的边界约束加于配置点上。同时,每次NLP迭代均求解离散DAE系统,消除等式约束和状态变量,从而减小NLP问题的规模。最新研究表明,在大规模优化问题中内点法相对于积极集SQP算法具有明显优势,因此,优化计算层中用原-对偶内点法来求解NLP问题。使用FORTRAN语言独立编写了整个算法程序,并通过热集成精馏系统最优控制的动态优化问题验证了算法的有效性。结果显示,该算法具有求解大规模动态优化问题的能力。

    一类流水车间调度问题的合作博弈

    周艳平;顾幸生
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1983-1987. 
    摘要 ( 718 )   PDF (333KB) ( 360 )  
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    对多个客户参与的一类流水车间调度问题,研究客户之间以合作的方式建立联盟,通过加工任务重新排序节省生产成本。一般流水车间调度合作博弈是受限制的,提出一类加工时间和工序相关的流水车间调度问题,相应的合作博弈是平衡的,因而具有非空核。从合作博弈理论出发,以优化多客户线性成本为指标,构建了加工时间和工序相关的流水车间调度合作博弈模型。在获得最优调度排列后,提出了一种加权前后边际成本的客户成本分配的方法,证明了该分配方法是加工时间和工序相关的流水车间调度合作博弈的一个核分配。最后通过一个实例对所提出的基于合作博弈的加工时间和工序相关流水车间调度模型及成本分配方法进行了验证。

    一类非线性动态系统的一致性分散可靠性预测

    蒋云鹏;陈茂银;周东华
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1988-1992. 
    摘要 ( 875 )   PDF (820KB) ( 194 )  
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    针对一类带有隐含退化过程的非线性动态系统,提出了一种基于粒子滤波的一致性分散可靠性预测方法。该方法将原系统重叠分解为若干个相互关联的子系统,每个子系统利用其局部测量信息以及子系统间通信得到的信息,估计出原系统的状态和参数,进而预测原系统的可靠性。同时,该方法通过一致性策略使得所有子系统的估计和预测结果保持一致。五容水箱模型的仿真实验结果表明,该方法能够很好地预测系统的可靠性,同时该方法能够使得所有子系统的估计和预测结果保持一致。

    一种数据驱动的故障传播分析方法

    周福娜;文成林;冷元宝;陈志国
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  1993-2001. 
    摘要 ( 780 )   PDF (708KB) ( 235 )  
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    大型自动化系统包含多个紧密耦合的子系统,为了增强系统的监控性能,分析故障沿子系统的传播机制是十分必要的;而现有故障传播分析方法所固有的知识爆炸问题,则是影响其在实际中有效应用的关键瓶颈。为此,本文提出一种知识导引的数据驱动故障传播分析方法。首先,证明了输入/输出指定元间的相关性包含故障传播方向信息,并通过输入/输出指定元间的相关性分析,确定故障传播关系矩阵;然后,建立输入/输出指定元回归模型,以对输出子系统的故障影响强度进行预测,从而可以分析输入子系统中发生的故障在传播过程中的危害程度;最后,应用计算机仿真来验证新方法的有效性。

    多故障并发不确定系统的鲁棒完整性容错控制

    陶洪峰;胡寿松
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2002-2007. 
    摘要 ( 662 )   PDF (563KB) ( 244 )  
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    针对传统容错控制方法难以保证非线性系统在执行器和传感器多故障并发情形下的稳定性问题,研究了一类时滞不确定模糊系统的鲁棒完整性容错控制方法。建立了基于T-S模糊逻辑的不确定非线性模型,定义执行器和传感器故障阵的标准归一化形式,在利用Newton-Leibniz公式变换系统结构的基础上,根据线性矩阵不等式技术给出了鲁棒容错控制器存在的时滞相关性充分条件,以保证整个闭环系统在执行器和(或)传感器发生故障时的稳定性,同时满足给定的广义鲁棒性能约束,联合抑制扰动、初始状态和时滞状态对系统性能的影响。最后仿真结果验证了方法的必要性和可行性。

    多传感器故障检测与隔离算法

    侯彦东;陈志国;汤天浩
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2008-2014. 
    摘要 ( 886 )   PDF (808KB) ( 414 )  
    相关文章 | 多维度评价

    在系统状态、执行器及传感器故障检测与隔离的问题研究过程中,对传感器故障的检测与隔离难度最大,而针对欠量测系统和传感器冗余系统中传感器故障检测与隔离问题难度更大。为此,首先建立了包含卡死、增益时变和偏差时变3种典型传感器故障的数学模型;其次,借助输出方程,将待检测的传感器故障转换到系统状态方程中进行处理,对欠量测系统转换结果不唯一这一问题,分别采用最小二乘和基础解系的方法进行处理,对传感器冗余系统,通过两次利用系统状态,分别构造两个并行运行的残差产生器;然后,设计出既能检测出故障,又能将各个故障进行有效隔离的残差产生器;最后,用算例对上述设计结果的有效性进行计算机仿真验证。

    无主炼原油的原油调和调度问题

    江永亨;蔡阳阳;黄德先
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2015-2020. 
    摘要 ( 725 )   PDF (374KB) ( 530 )  
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    原油在线调和调度对于优化炼油计划和保障先进控制的实施具有重要的意义。此问题复杂度高,需要研究更加高效的求解算法。实际生产过程中,既存在主炼原油和若干种掺炼原油混合炼制的情况,又存在无主炼原油的情况。无主炼原油的情况,油品配对和掺炼比紧密关联,难以直接描述。本文针对无主炼原油的原油调和调度问题提出了一种新颖的描述方式,并给出模型的构造算法,进一步针对其两层结构利用基于序的方案进行了求解,对实际原油性质数据的仿真结果表明,基于序的求解算法可以大幅度提高计算效率。

    面向铁钢对应的两级案例推理铁水动态调度系统
    黄辉, 柴天佑, 郑秉霖, 罗小川, 张红
    化工学报. 2010, 61(8):  2021-2029. 
    摘要 ( 746 )   PDF (1292KB) ( 270 )  
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    针对铁水动态调度的多扰动、实时性强等特点,以及铁钢对应对于铁水在时间、质量、成分、温度等指标上的要求,提出了基于两级案例推理的铁水动态调度系统体系结构。根据生产现场各种扰动的特点,对两级案例库进行了案例分类。研究了铁水动态调度系统的两级案例表示方法、案例检索与匹配、案例的调整及维护等关键技术,最后给出了两级案例动态调度结果满意度的综合评价指标。采用大量的生产现场数据对系统进行了测试验证,测试结果表明系统推理速度较快,稳定性较高,动态调度结果合理有效,两级案例推理的技术方法具有广泛的应用前景。

    自适应粒子群优化算法在聚丙烯熔融指数预报上的应用

    赵成业;刘兴高
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2030-2034. 
    摘要 ( 1116 )   PDF (460KB) ( 449 )  
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    针对丙烯聚合生产控制中聚丙烯熔融指数在线测量的控制要求,以及过程变量间相关性高的特点,提出一种基于自适应粒子群优化算法和径向基函数神经网络的聚丙烯熔融指数预报新方法。该方法采用变参数的自适应粒子群优化算法提高优化算法的效率和收敛性,并且融合了主成分分析、统计建模以及智能优化方法,从而降低了预报模型的复杂度。提出了一种基于径向基函数神经网络的统计预报模型的参数优化和结构优化方法。使用该统计模型对工厂实际生产过程进行预报,并与国内外相关研究报道相比较,表明了本文所提出的预报方法的有效性和更高的准确性。

    基于分片线性近似方法的煤油干点估计
    朱鹰, 刘祁跃, 吕文祥, 江永亨, 黄德先
    化工学报. 2010, 61(8):  2035-2039. 
    摘要 ( 838 )   PDF (429KB) ( 307 )  
    相关文章 | 多维度评价

    在流程工业中,煤油干点的估计对于产品质量控制有着重要的意义。因为原油组分时常变化,目前还不存在一种通用有效的模型来适应这些变化所带来的不同特性。本文引入自适应链接超平面(AHH)这一新颖的连续分片线性表示方法,建立了软测量模型。干点估计的仿真测试结果显示了该模型具有良好的拟合能力。而在实际数据上的测试表明,自适应链接超平面的模型在表达能力上优于已有的基于分类的建模方法。由于利用AHH的估计方法可以适应多变的生产工况,因而对于其他具有复杂多变工况的化工过程中具有推广价值。

    一种基于增量式SVR学习的在线自适应建模方法
    王平, 田华阁, 田学民, 黄德先
    化工学报. 2010, 61(8):  2040-2045. 
    摘要 ( 834 )   PDF (1077KB) ( 1250 )  
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    训练样本的数量与质量对于过程建模至关重要,在很大程度上影响所建模型的质量。基于增量式支持向量回归(SVR)学习算法,提出一种在线自适应建模方法以实现有选择地添加和删除训练样本。该方法利用SVR模型的KKT条件选择出那些包含足够多新信息的样本进行增量学习,能够在保证模型泛化能力的同时降低模型更新频率。另外,为快速准确地跟踪过程特性的变化,将通过评价当前模型对新增训练样本的学习能力来决定是否需要删除旧样本。当需要删除样本时,基于样本间的相似度,选择淘汰与当前过程特性差别最大的旧样本。将该方法用于建立工业聚丙烯熔融指数预报模型,结果表明,与其他方法相比,获得的预测模型具有更好的泛化性能,且模型更新频率明显降低,能有效地适应工况的变化。

    支持向量回归在乙烯裂解产物收率软测量中的应用

    吴文元;熊智华;吕宁;王京春;邵杰峰;钟向宏
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2046-2050. 
    摘要 ( 1194 )   PDF (829KB) ( 335 )  
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    乙烯裂解产物收率的实时预报对于裂解炉的生产具有重要意义。针对有效的样本数据较少的问题,采用支持向量回归方法建立裂解产物收率的软测量模型。对于支持向量机中模型参数的选取,采用了微粒群优化算法进行参数寻优,提高了建模效率和模型精度。基于现场数据的建模实验结果表明,基于支持向量回归方法的乙烯裂解产物收率软测量模型预报精度较高,趋势跟踪性能良好。

    基于智能集成优化的合成塔入口氨含量软测量

    刘卓倩;顾幸生
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2051-2055. 
    摘要 ( 843 )   PDF (1203KB) ( 223 )  
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    文化算法主要由种群空间和信念空间构成,两个空间共同进化来模拟人类文化的进化过程。提出一种智能集成优化算法,将遗传算法、粒子群优化算法应用到文化算法框架中,并与神经网络相结合,构造一种智能集成网络模型,并将其应用到合成塔入口氨含量软测量建模。结合实际工艺,对所建软测量模型进行仿真研究。研究结果表明,该模型的性能优于传统BP神经网络模型、遗传神经网络模型和粒子群神经网络模型,具有较高的精度和良好的应用前景。

    层次线性优化融合及在乙烯行业能耗指标提取中的应用

    耿志强;石晓赟;顾祥柏;朱群雄
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2056-2060. 
    摘要 ( 807 )   PDF (1208KB) ( 273 )  
    相关文章 | 多维度评价

    传统的乙烯装置能耗评估没有考虑不同装置之间原料、工艺技术和装置规模的差异,且能耗统计方法标准不统一,影响了结果的可比性。针对乙烯装置不同工艺、规模以及不同装置能耗数据(燃料、电、蒸汽和水)分布特点,采用对数据分布适应性好的层次线性优化融合算法提取能耗指标。该算法根据时序数据方差求权重实现最优线性融合,剔除异常能耗数据,保证指标融合质量。应用实例验证了层次线性优化融合算法的有效性,可得到各类乙烯装置及全行业的乙烯能耗多参数指标,有助于找到节能降耗的方向与量化目标,也可用于其他流程装置能耗指标的提取。

    O2/CO2煤粉燃烧及NOx污染排放的数值模拟
    刘彦, 陈芳, 徐江荣, 黄雪峰, 丁宁, 罗丹, 王关晴
    化工学报. 2010, 61(8):  2061-2066. 
    摘要 ( 951 )   PDF (1508KB) ( 296 )  
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    为了进一步全面评价O2/CO2煤粉燃烧特性,在前期实验基础上,通过数值模拟方法对空气、O2/CO2两种气氛下煤粉燃烧及污染物形成特性进行数值模拟,从而更充分了解O2/CO2燃煤过程火焰形成、传热和污染物形成特性,以便为合理组织流场、控制温度、获取合理的燃料和氧浓度分布状态及O2/CO2燃烧过程新燃烧器的设计提供必要的指导。

    基于内模控制的内部热耦合精馏策略

    丛琳;刘兴高
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2062-2071. 
    摘要 ( 681 )   PDF (798KB) ( 463 )  
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    精馏过程约占工业总能耗的1/3,其节能控制潜力很大。内部热耦合精馏(ITCDIC)是迄今为止所提出的节能效果最好(比常规精馏节能40%以上)却没有商业化的节能技术。主要原因在于该过程具有较强的非线性、复杂的动态特性以及耦合性,给控制方案的设计带来了极大的困难。通过建立更为精确的二阶内部模型,提出了一种有效的ITCDIC内模控制方案。实例研究结果表明,与传统控制方案PID相比,控制品质更加稳定可靠;同时,与目前国际上公开报道的最好结果相比,该控制方案有更广泛的操作域,鲁棒性更强。

    支持向量数据描述性能优化及其在非高斯过程监控的应用

    张建明;许仙珍;谢磊;王树青
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2072-2077. 
    摘要 ( 911 )   PDF (1050KB) ( 297 )  
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    针对传统统计过程监控假设数据服从高斯分布的不足,提出了基于混合信号模型(MSM)及支持向量数据描述(SVDD)的非高斯过程监控方法。混合信号模型中包含了高斯、非高斯信号源及过程测量噪声,给出了基于混合信号模型的过程测量变量分解方法、统计量的定义及其分布。针对非高斯信号源监控,提出了SVDD核参数化的一般形式及其优化算法。工业实际数据中的应用表明,通过SVDD核函数优化,可准确地对数据的非高斯特性进行刻画,及时地发现工业过程中出现的异常情况。

    高精度矢量控制在乙酸乙酯生产中的应用

    顾敏明;潘海鹏
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2078-2083. 
    摘要 ( 721 )   PDF (1489KB) ( 566 )  
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    在乙酸乙酯生产过程中,原料输送、配比等环节要求驱动机构具备高精度速度和转矩控制能力,特别在低频情况下仍可提供连续稳定的转矩输出,并能向集散控制系统(DCS)等生产控制系统提供电机的电流、力矩等参数以及变频器其他信号状态,目前通用V/F变频器难以满足要求。本文在构建了交流异步电机的数学模型基础上,通过分析其非线性、强耦合的特点,采用Park、Clarke变换实现了定、转子变量的解耦,研制高精度矢量控制算法,提出包含电流磁链位置转换的电流、转速双闭环控制方案,编制了基于数字信号处理器(DSP)的软件,完成了矢量控制变频器的研制。所设计的高精度电机变频调速装置已应用于乙酸乙酯原料配比等生产过程,实际应用结果表明,该算法控制精度高、动态性能好,能够在较宽的频率下保证电机可靠的运行,各项性能指标优于普通的V/F控制策略,有一定的推广价值。

    基于ANFIS与多模型的一类非线性系统的自适应控制方法

    张亚军;柴天佑;富月
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2084-2091. 
    摘要 ( 843 )   PDF (925KB) ( 313 )  
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    针对一类不确定的离散时间零动态不稳定非线性系统,提出了一种基于自适应神经模糊推理系统(ANFIS)与多模型的非线性自适应控制方法。该方法由线性鲁棒自适应控制器,基于ANFIS的非线性自适应控制器以及切换机制组成。线性控制器用来保证闭环系统输入输出信号有界,非线性控制器用来改善系统性能。切换机制通过对上述两种控制器的切换,保证闭环系统输入输出有界的同时,改善系统性能。在采用ANFIS作为系统未建模动态补偿器时,首先用一个连续、单调、可逆的一一映射把可能无界的未建模动态的定义域转化成一个有界闭集,保证了ANFIS的万能逼近特性成立的前提条件。而且,ANFIS能减小BP神经网络收敛速度慢和容易陷入局部极小的问题,改善了控制效果。建立了保证系统稳定性的引理,并给出了闭环系统的稳定性和收敛性分析。通过仿真比较,说明了所提方法的有效性。

    青霉素发酵过程中的混合建模

    陈进东;潘丰
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2092-2096. 
    摘要 ( 808 )   PDF (951KB) ( 451 )  
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    由于微生物发酵过程机理的复杂性和高度非线性,建立发酵过程的精确模型具有一定难度。传统的动力学模型预测虽然会与实际输出有一定偏差,但它在某种程度上反映了过程机理;神经网络建模方法属于“黑箱”方法,建模过程中没有用到任何先验知识,有一定的预测效果;因此单一的建模方法往往会不具备其他建模方法的优势。本文以传统的发酵动力学模型为基础,结合RBF神经网络进行混合建模的“灰箱”建模方法是一种比较好的建模思路,可以取得较满意的软测量效果。

    灰色Verhulst模型的改进及其应用

    戴文战;熊伟;杨爱萍
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2097-2100. 
    摘要 ( 619 )   PDF (392KB) ( 366 )  
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    灰色Verhulst模型的精度依赖于背景值和结构参数。本文提出了一种改进的灰色Verhulst模型。首先分析了传统的灰色Verhulst模型产生误差的原因,从背景值定义出发,推导了用原始数据生成的背景值公式;其次,基于灰色系统信息覆盖原理,提出了一种结构参数优化方法;最后,应用本文方法建立了我国天然原油生产量的灰色Verhulst模型。实例表明,模型具有很高的精度。

    一种快速抑制超调量的改进预测控制算法

    戴文战;吴夏来
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2101-2105. 
    摘要 ( 914 )   PDF (908KB) ( 397 )  
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    由于求取广义预测控制律时需要解Diophanatine方程和计算逆矩阵,传统的广义预测控制难以适用于那些既要求超调量小又要求实时性高的领域。本文提出了一种能快速抑制超调量的改进预测控制算法,通过柔化控制增量算法以计算当前时刻的控制量,通过单值广义预测控制算法计算下一步控制增量并将之补偿当前控制量。仿真结果表明:本算法具有超调量小、动态响应速度快、鲁棒性好的优点。

    Sontag型构造性预测控制算法的性能分析

    何德峰;俞立;陈国定
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2106-2110. 
    摘要 ( 835 )   PDF (740KB) ( 296 )  
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    Sontag型构造性预测控制策略是为了降低约束非线性预测控制的在线计算量和分离闭环系统稳定性与性能指标而提出的一种有效算法。在算法名义稳定的条件下,运用逆最优控制理论,分析约束连续时间非线性系统Sontag型预测控制器的逆最优性和鲁棒性问题,得到控制器具有鲁棒性的充分条件,为更好地理解该控制算法和算法的实施提供了理论依据。最后,应用仿真实例验证了本文结论的有效性。

    转炉炼钢多变量神经网络预报模型

    赵晓东;徐生林;杨成忠
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2111-2115. 
    摘要 ( 770 )   PDF (11948KB) ( 437 )  
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    终点钢水温度和碳、硫、磷等成分含量的有效控制是转炉炼钢过程的重要任务。本文基于多变量输入输出的神经网络来建立转炉炼钢的预报模型,首先对采集数据进行预处理,并采用滚动优化方法来提高模型的准确性,仿真与试验对比证实了该方法建立模型的有效性和高命中率。

    发酵罐温度对象的抗干扰预测控制

    陈乔;葛铭;郑松;薛安克
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2116-2120. 
    摘要 ( 921 )   PDF (2542KB) ( 467 )  
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    啤酒发酵过程由于反应机理复杂,其温度对象目前很难建立精确的数学模型,现阶段针对这类大时滞对象的一些典型的控制算法在模型不精确的情况下,难以取得好的控制效果,尤其当存在不可预测的干扰时,控制效果更难保障。因此本文针对啤酒发酵罐温度控制中的这一问题,基于动态矩阵控制的一步控制的思想,将时间最优控制与动态矩阵控制相结合,形成一种能快速抑制扰动的预测控制策略。通过仿真结果验证该控制策略能对干扰进行快速抑制,对发酵罐温度对象有较好的控制效果。

    线性规划实现动态优化的模型预测控制策略
    张端, 高岩, 章苗根, 何熊熊, 邹涛
    化工学报. 2010, 61(8):  2121-2126. 
    摘要 ( 1013 )   PDF (551KB) ( 485 )  
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    为减小模型预测控制算法中动态优化部分的计算复杂度,提出了用线性规划而非二次规划解决模型预测控制动态优化方法。对单输入单输出和多输入多输出模型预测控制的情形,以控制增量、输出增量和偏移变量作为优化变量,建立线性等式约束和不等式约束,并引入线性目标函数,形成线性规划问题。通过加入多种软约束,可改善动态过程的性能指标,达到平稳控制的目的。最后通过一个实例验证了方法的有效性。

    一种新的离散系统变结构控制方法
    周军小, 李奇安, 李悦
    化工学报. 2010, 61(8):  2127-2131. 
    摘要 ( 848 )   PDF (1157KB) ( 213 )  
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    讨论了传统幂次趋近律的缺点,推导出一种新的离散趋近律,该趋近律弥补了单纯幂次趋近律在离散系统使用中的不足,并利用它设计了一种新的离散控制器。该变结构控制系统,可保证系统运动最终趋于零点,并有降低抖振和保持快速趋近的动态品质。对该离散趋近律的抖振进行了分析和仿真实验研究,分析和仿真结果表明该方法能保证系统状态在趋近过程中的连续性,能有效地减小系统抖振,并能保证系统渐近稳定。

    一种比例因子自调整的模糊预测函数控制

    戴文战;王晓
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2132-2137. 
    摘要 ( 759 )   PDF (2138KB) ( 256 )  
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    针对由主、副被控对象级联而成的大纯滞后系统,提出一种内回路采用PI控制、外回路采用具有比例因子自调整的模糊增量型预测函数控制策略,它将预测函数控制和具有比例因子自调整的模糊控制进行综合来共同控制由内回路和主被控对象构成的广义被控对象。大量的仿真实验表明:本方法较其他方法控制效果更好,即使在模型严重失配时,本方法仍具有很强的鲁棒性和抗干扰能力。

    基于模糊满意度的烧结过程多目标优化控制
    向婕, 吴敏, 曹卫华, 段平
    化工学报. 2010, 61(8):  2138-2143. 
    摘要 ( 625 )   PDF (1334KB) ( 1012 )  
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    为实现铁矿石烧结过程中烧结终点和混合料槽料位两个关键参数的综合优化,提出了一种基于模糊满意度的多目标优化控制方法。首先,通过综合运用模糊控制、预测控制的切换控制技术,建立烧结终点的智能优化控制模型;其次,为稳定混合料槽料位,基于专家知识,建立了混合料槽料位专家控制模型;最后通过构造求解多目标优化问题的系统满意度函数,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,求取系统的满意解,实现烧结过程多目标优化控制。仿真结果和实际运行结果表明提出的方法是可行而有效的。

    一种纤维生产线水浴牵伸过程的智能协同解耦控制

    梁霄;丁永生;王华平;郝矿荣
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2144-2148. 
    摘要 ( 877 )   PDF (798KB) ( 269 )  
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    提出了一种智能协同解耦控制器,用于纤维生产线中的水浴牵伸槽的液位-浓度复合控制。该控制器由一个控制中枢、多个控制解耦单元及相应的输出单元组成。控制中枢统一协调各控制解耦单元,多个控制解耦单元独立作用并互相交换信息进行对象解耦,控制信号经输出单元综合后作用于控制对象。仿真结果表明,该智能协同解耦控制器能够快速响应控制量的变化,实现耦合控制量的完全解耦和无超调平滑调节,对于纤维生产的牵伸过程较传统控制方法具有更好的控制性能。

    含分段线性隶属函数的模糊规划建模方法

    闻博;李宏光
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2149-2153. 
    摘要 ( 1099 )   PDF (605KB) ( 325 )  
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    针对具有分段线性隶属函数的模糊规划问题,提出了一种新的模糊规划建模方法。通过对二元变量的合理配置,准确地表达出了隶属函数的各分段之间的关系。这种方法可以有效地避免常规建模方法解决模糊规划时出现的系统失去约束的问题,使得优化问题能够获得满意的最优解。并且,在一些情况下可以使用比普通方法更少的二元项进行优化问题的建模,从而使得计算更为简便。详细地给出了两种相关的建模方法,并通过实例进行了验证。

    基于BP网络的流浆箱双变量PID解耦控制
    潘海鹏, 徐玉颖
    化工学报. 2010, 61(8):  2154-2158. 
    摘要 ( 787 )   PDF (1146KB) ( 429 )  
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    针对造纸工业中的气垫式流浆箱总压与浆位的非线性、强耦合特性,在分析与总结BP神经网络、PID控制等优点的基础上,设计了一种基于BP神经网络的双变量PID解耦控制器。该控制器可利用神经网络所具有的任意非线性表达能力,根据系统现场的运行状态,按照人为设定的性能指标,通过自学习和权值调整来整定PID控制的比例(kp)、积分(ki)、微分(kd)三个参数,最终实现具有最佳组合的PID控制,进而实现了气垫式流浆箱总压与浆位的解耦控制。同时,还针对气垫式流浆箱的线性模型和非线性模型进行了仿真,仿真结果表明:该解耦控制器具有实现简单、动态响应快、控制精度高等特点,有较高的实用价值。

    工业串联系统的多约束广义预测控制

    李平;任朋辉
    CIESC Journal. 2010, 61(8):  2159-2164. 
    摘要 ( 817 )   PDF (707KB) ( 356 )  
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    针对由一系列环节串联而成且存在多种约束的复杂工业对象,利用过程的中间变量进行预测和反馈,在充分考虑控制量幅值约束、控制增量幅值约束、中间变量幅值约束、输出误差约束以及最终输出幅值约束共同构成的多约束情况下,提出了工业串联系统的多约束广义预测控制算法。仿真结果验证了该算法对多约束串联系统的有效性和较强的鲁棒性。