[发明专利]一种基于精确惩罚优化的间歇反应釜控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及反应器控制领域，主要是一种基于精确惩罚优化的间歇反应釜控制系统。能够对反应釜进行温度自动控制，以提高目标产品的浓度。

背景技术

间歇反应釜又称间歇釜式反应器，广泛应用于石油化工、精细化工、农药等工业生产中。

对于容积固定的间歇反应釜，当原料配额比、浓度等物料参数确定以后，在充分搅拌的条件下，影响产品产量的关键因素就是反应温度。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温度最优控制具有重要意义。

当前国内间歇反应釜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的间歇反应釜产品浓度可以进一步提高，实现挖潜增效。

发明内容

为了提高间歇反应釜产品的浓度，本发明提供一种精确惩罚优化（ExactPenalty Optimization，简称EPO）方法的控制系统，该系统借助DCS作为精确惩罚优化方法的实现载体。

间歇反应釜中产物的生产过程可以描述为

x·(t)=F[T(t),x(t),t]]]>

G[T(t),x(t),t]≥0

其中t表示时间；T(t)表示反应釜的加热温度；x(t)是表示反应釜中随时间变化的产品浓度，是其一阶导数；F是根据浓度守恒、能量守恒关系建立的微分方程组；G是根据热力学平衡关系建立的代数方程组。从该描述可以看出，间歇反应釜中产物的生产过程从数学上来说是一组微分代数混合方程（Differential-Algebraic Equations，简称DAE）。

要使间歇反应釜中某种产物的浓度最好，等价于：当生产过程完成后，使该产物的产品浓度最高。以x₁(t)代表该产物随时间变化的浓度，则该问题的最终表达式为：

max J[T(t)]=x₁(t_f)

s.t.x·(t)=F[T(t),x(t),t]]]>

G[T(t),x(t),t]≥0

x(t₀)=x₀

其中t₀表示生产过程的开始时间，t_f表示生产过程的结束时间J[T(t)]表示控制目标，由T(t)决定。该问题本质上是最优控制问题。但是约束G[T(t),x(t),t]≥0是无穷维约束，从数学上来说很难处理，这里采用精确惩罚函数将该问题转换为下面等价形式：