[发明专利]一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及工业控制领域，具体涉及一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的设计方法。

背景技术

丙酮是一种重要的基本有机原料之一，主要用于制造醋酸纤维素胶片薄膜、塑料以及涂料溶剂。在不同的应用场合下，要求丙酮具有不同的纯度，有时要求纯度很高，甚至是无水丙酮，但这是很有困难的，因为丙酮极具挥发性，也极具溶解性，所以，想要得到高纯度的丙酮往往十分困难。

要想把低纯度的丙酮水溶液提升到高纯度，一般使用连续精馏的方法。化工厂中精馏操作是在直立圆形的精馏塔内进行的，塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料。

通常稀丙酮精馏塔系统由塔体、塔釜再沸器、塔顶冷却器、塔顶回流罐等设备构成，稀丙酮从中部进入塔体，中压蒸汽通入塔釜再沸器作为精馏塔的热源，塔顶冷却水进入塔顶冷却器给精馏塔提供冷源，冷凝气化至塔顶的重组分(水)，塔内物料经多次的气化和冷凝后，高纯度的丙酮气从塔体顶部出来，进入塔顶冷却器与冷却水换热，未被冷凝的气体进入放空管道系统，被冷凝至一定温度的丙酮液体一部分被回流泵打回至塔顶作为冷回流，另一部分作为丙酮产品排出装置，塔釜液为带有微量丙酮的水，塔釜液作为污水直接用泵排出装置。

在丙酮精馏工业中结合企业生产需求利用双层结构模型预测控制进行生产控制能使得企业利润最大化，稀丙酮精馏工业的控制系统往往是非方不确定的，作为双层结构的模型预测控制器，当遇到非方不确定系统时，其动态优化控制层的输出约束很难确定。目前，国际上对非方确定系统的输出约束设计已有广泛的研究，但对于稀丙酮精馏工业中这类非方不确定系统的输出约束设计却很少。

发明内容

本发明提供了一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的设计方法，适用于非方不确定系统，确保了动态优化控制层模型预测控制器求解的可行性，使企业利润能够最大化。

一种稀丙酮精馏工业动态优化控制层输出约束的设计方法，包括：

步骤1，针对双层结构的稀丙酮精馏工业模型预测控制系统，求出模型预测控制器的稳态优化层的增益模型；

步骤2，找到增益模型中，过程增益矩阵中的不确定元素；

步骤3，依据不确定元素和系统干扰变量，求得输出约束可达集的上边界和输出约束可达集的下边界；

步骤4，依据输出约束可达集的上边界和输出约束可达集的下边界，得到动态优化控制层输出约束。

在双层结构稀丙酮精馏工业模型预测控制系统中，动态优化控制层的输出约束需要由上层的稳态优化层给出，传统的预测控制器输出约束设计方法只能给出确定系统的输出约束，没有考虑当系统出现不确定性时的输出约束设计方法，而稀丙酮精馏工业控制系统通常带有不确定性且是非方(系统输入变量数目小于输出变量数目)的，利用本发明提供的动态优化控制层输出约束的设计方法，能够给在双层结构稀丙酮精馏模型预测控制系统中的稳态优化层中给出下一层的输出约束，保证动态优化控制层模型预测控制器求解的可行性。

步骤1中的增益模型如下：

y＝Gu+G_dd

式中：y为n×1维的系统输出，y∈SOC；

G为n×m维的过程增益矩阵；

u为m×1维的系统输入变量，u∈SIC；

G_d为n×p维的干扰增益矩阵；

d为p×1维的系统干扰变量，d∈DWC；

SIC={u|uimin≤ui≤uimax;1≤i≤m};]]>