[发明专利]工业过程″裸模″化方法

说明书

本发明涉及工业过程的数学模型化方法，尤其是涉及工业过程“裸模”化方法。

工业过程的数学模型，就是描述特定工业对象中人们所感兴趣的各种变量之间的数学关系式。建立工业过程数学模型属于系统分析范畴，即把特定工业对象看成一个有限体，将它对外界的主要影响量与外界对它的主要影响量化为输出向量和输入向量的形式，依据机理分析的方法或系统辨识的方法确定出它们之间的数学函数关系即动态数学模型。

数学模型分为闭环模型和开环模型，开环模型指仅包含工业过程本身的模型，又称为“裸模”，闭环模型指带有控制的过程模型。而在大多数情况下，人们需要的是工业过程的“裸模”。

数学模型适用于工业过程的各个方面。典型的应用可归纳为：a、工业设计和最优化;b、生产操作、培训。对数学模型的具体要求，随其用途而异，但总的来说，一要可靠，二要简单，特别是对用于工业过程控制与实时仿真的数学模型更是如此。可靠，即模型要精确，表现为在同样操作与干扰条件下模型与实际过程输出值和参数的相应值之间的误差要在满足应用的合理误差之内。简单，即数学模型要简单，便于计算机实时快速仿真与计算。

建模方法大致地分成机理建模与实验（辨识）建模两类：机理建模首先按反映客观规律的物理或化学基本定律，如能量守恒定律，列出各种平衡方程，再利用各类数据确定其中包含的所有参数，最后通过简化得到实际可用的简化模型。这类方法的弊端是复杂，有时是不可行的，必须经过专门训练才能胜任这一建模工作，并且，经过简化后的模型很可能面目全非，不能很好地描述工业过程，适用的工作范围有限。与机理建模方法比较，实验建模方法则简单得多，首先选择某种形式的模型结构，然后通过实验与观测数据确定模型结构中的参数，形成辨识模型，这类方法通常由于缺乏有效的数据以及参数估计复杂难于奏效。

本发明的目的是提供一种简单、可靠的建模方法，即工业过程“裸模”化方法。

下面结合附图加以说明。

图1为工业过程“裸模”化框图;

图2是抽提塔网络模型;

图3是脱戊烷油流量（u₁）增加2T/h时y₁、y₂的变化;

图4是脱戊烷油流量（u₁）增加2T/h时y₃、y₄的变化;

图5是脱戊烷油温度（u₂）增加5℃时y₁、y₂的变化;

图6是脱戊烷油温度（u₂）增加5℃时y₃、y₄的变化。

图3～6中u₁：脱戊烷油流量（吨/小时），放大倍数＝10，u₂：脱戊烷油温度（℃），放大倍数＝1;y₁：非芳烃流量（吨/小时），放大倍数＝20;y₂：富溶剂流量（吨/小时），放大倍数＝1;y₃：抽提塔塔顶温度（℃），放大倍数＝1;y₄：抽提塔塔底温度（℃），放大倍数＝1。

一、基本思想与算法

1.对工业过程“裸模”的要求

为了能得到简单、可靠的建模方法，我们对欲建立的工业过程“裸模”提出如下具体要求：

a、实时性。即“裸模”必须能适应实时在线运行。

b、适用性。“裸模”适用的工作点范围是开放的，不能有严格限制。

c、准确性。正确反映工业过程各因变量的变化趋势。

2.工业过程“裸模”化方法

任何工业过程是由若干具有明确物理功能的操作单元所构成。因此，工业过程的模型也是由组成工业过程的各个操作单元的模型构成的。下面我们仅讨论具有明确物理功能的操作单元的“裸模”化方法。

a、将操作单元视为一个有限体，将它对外界（其它操作单元）的主要影响量与外界（其它操作单元）对它的主要影响化为输出向量和输入向量的形式。

b、建立输入向量与输出向量之间的实时稳态映射关系，即实时稳态模型。当操作达到稳态时，按照能量平衡、物料平衡等客观规律，可以得到操作单元的输入向量与输出向量之间的稳态映射关系，即通常所述的稳态模型。但是，这种模型是非实时的，往往计算时间较长，不能在线运行。为此，我们采用人工神经元网络模型（ANN）来逼近操作单元的稳态映射关系，由于ANN具有逼近任何复杂非线性的优良品质，并且不受工作点范围的影响，因此，我们可以得到全工作点范围的实时稳态模型。这里ANN我们选用了BP模型。