[发明专利]一种环管式聚丙烯生产牌号切换轨迹优化方法

摘要

本发明公开了一种环管式聚丙烯生产牌号切换轨迹优化方法。本发明包括建立双环管式丙烯本体聚合生产过程牌号切换轨迹优化模型，同时基于变时间尺度的控制向量参数化方法有效求解轨迹优化模型的最优控制问题，即通过引入标准化时间变量，将非均匀参数化的最优控制问题转化为均匀参数化问题，并进一步化为非线性规划问题后用内点优化算法求解，能同时优化控制参数和时间节点，保证了切换轨迹优化效率。本发明通过寻找在聚丙烯牌号切换过程中操作变量及产品性能指标变化的优化轨迹，可保证聚丙烯装置在平稳安全运行的前提下，实现切换过程所用时间最短和过渡料最少，从而能够节约经济成本，提高企业生产效益。

主权项

1. 一种环管式聚丙烯生产牌号切换轨迹优化方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤(1)确定产品牌号切换配方；由聚丙烯生产企业的生产调度计划，确定待切换的产品牌号，给出质量指标的目标牌号区域和上下界约束，以及操作变量的操作范围约束，同时给定双环管聚丙烯动态机理数学模型和各变量初始状态；步骤(2)建立双环管聚丙烯生产牌号切换过程轨迹优化模型，其中，为时间变量，和表示牌号切换开始和终止时间，分别表示操作变量、被控变量、状态变量和状态变量微分形式的集合，分别表示催化剂入口流率，环管反应器R201、R202的氢气进料流率和环管反应器R201、R202的丙烯单体入口流率，分别表示环管反应器R201、R202的累加熔融指数和瞬时熔融指数；和分别表示各被控变量的初始值和目标值；表示环管反应器R201、R202出口的聚丙烯产率；表示双环管反应器终端时刻的固含率，表示双环管反应器内固含率设定范围；目标函数（1）的第一项为了保证聚丙烯质量指标以最小时间平稳切换过渡到目标牌号，第二项为了保证整个切换过程过渡料总量最小，第三项为了保证两组环管反应器内的淤浆浓度均保持在设定范围；约束组中，式（2）和（3）为以微分方程组和代数方程组形式表示的聚丙烯动态机理模型，式（4）为微分方程组初始状态，式（5）、（6）项中和分别为控制变量和被控变量的上下限区间，式（7）项中为控制增量的上下区间，以防止控制量剧烈变化；此外，定义各惩罚因子，其中由遗忘加权因子和惩罚系数组成，即，，为惩罚系数，而的引入为了保证在牌号切换的终端，双环管的固含率维持在设定范围；步骤(3) 将聚丙烯牌号切换过程轨迹优化模型的最优化问题转化为均匀参数化问题；引入标准化的时间变量，在时间段上尺度变换，定义，使其满足，其中表示优化时间点，即，为时间节点数，表示操作变量，即，时间间隔，为时间尺度因子；则原时间域上轨迹优化模型的动态优化问题即可转化为标准化时域内的动态优化问题，其中，表示问题转化后牌号切换的开始和终止时间范围，表示优化终端时刻，其他参数的定义同；步骤(4)对各操作变量参数化处理，即在各时间段内用分段常数函数逼近连续控制量，即式中，表示控制量幅值，切换信号；用离散的控制量在优化时域内对状态方程积分，将优化问题中的动态系统模型约束完全消去，标准化时域最优控制问题即可转化为含有个时间节点参数和个控制参数的非线性规划问题，式中，表示控制量离散化后的非线性规划问题形式，和分别表示等式约束和不等式约束，，和，分别表示离散化后的控制量和控制增量幅值的上下限,为优化参数；步骤(5)对目标函数和约束进行梯度计算，用内点优化方法求解有约束的非线性规划问题，求得一系列值，即可得到聚丙烯牌号切换操作变量的最优控制轨迹，进而得到状态变量的最优轨迹以及被控变量最优输出轨迹；步骤(6)将优化轨迹输出到下层控制器作为参考轨迹，使聚丙烯生产装置在最短的切换时间和最少过渡料下切换至目标牌号。