化工过程优化控制的应用及进展..doc

化工过程优化控制的应用及进展 陈 超 （四川大学化工学院，成都，610065） 摘 要 优化控制是当代化工生产过程的重要研究点，本文简要的介绍了化工过程优化控制，详细论述了化工过程优化控制的种类及应用现状，并论述了其发展趋势。 关键词 化工过程，优化控制，控制策略，控制模型 Chemical process optimization control application and progress chenchao ( School of Chemical Engineering , Sichuan University , Chengdu 610065, Sichuan, China) Abstract：Optimization control is contemporary chemical production process of the important research points . This paper introduces the chemical process optimization control. Discusses the type of chemical process optimization control and application situation .And discusses the trend of its development. Keywords：Chemical process, Optimization control, Control strategy, Control model 1 引言 化工过程控制是化工生产装置的重要组成部分，现代化工装置离开了过程控制是无法实现其生产目的的。化工过程控制在过去的几十年中发生了巨大的变化，就硬件而言，从早期的手动阀门，到自动控制阀、PID控制器，到集散型控制系统（DCS）进而发展到现代化的计算机控制系统；随着更加廉价、更加强有力的DCS和计算机系统的诞生，与过程控制有着紧密关系的软件系统也发生了根本的变化。填充式的控制软件、新的数据库软件、以及新的改进了的优化算法、基于模型的多变量预估控制软件等等都已经变成了现实。常规的控制手段已经愈来愈无法满足现代化工装置生产控制的需要,分析典型化工装置的生产操作,大都存在以下特性[1]： ① 对于动态响应存在实质性的时间延迟和滞后 ② 要求控制的变量未能在线测量 ③ 非线性的动态响应 ④ 相互偶合 ⑤ 存在约束 ⑥ 存在大的外部干扰 化工过程的上述种种操作特性叠加的结果是当采用标准的控制器和标准的控制策略时，会使得化工装置的某些部分变得难以控制，从而影响到产品的质量以及装置的经济效益。然而通过采用优化控制可以极大地改善装置的操作和控制，较好地解决传统控制方法难以解决的问题。 2 化工过程优化控制 化工过程优化控制主要是基于计算机优化控制。而计算机优化控制就是依据生产过程的工艺信息,如各种工艺参数的测量值等,以及市场销售、原料供给、环境变化等情况,按照某一优化指标,计算出各控制回路最优的设定值,并在线自动改变控制器的给定值,从而使生产过程处于最优工况。化工过程计算机优化控制系统如图1[2]所示，它由两级组成，上级给出最优设定值，下级跟踪该设定值的变化。计算机优化控制不失为投资少,见效快,实施易的一种控制方法。 计算机优化控制问题的描述[2]： 优化控制的目的是求出过程的最优操作变量,使化工生产过程的目标函数为最大或最小,并满足一定的约束条件, 即 (1) (2) g(x) ≥ 0 (3) 或 (4) g(x) ≥ 0 式中，J为目标函数，J*为目标函数的最优值。（2）式为生产过程的数学模型， （3） 式为调优变量的约束条件，一般为工艺指定的已知函数。x=（x1，x2，…xn）T为操作变量,或称调优变量,x*=（x1*，x2*，…xn*）T为调优变量的最佳值,也就是控制级的各个给定值。 3 化工过程优化[3,4,5] 化工过程优化控制包含两层意思:一是稳态优化,二是最优控制。目前稳态优化技术(或称之为离线操作优化或调优)主要有三种方法:即统计调优法(EVOP)、模式识别法(PR)与操作模拟分析法(OSA)。这些方法的共同点是利用生产数据以及建模、优化方法在约束条件下求解最优的工艺生产参数,提供操作指导。当然,操作条件优化也可以用计算机来在线自动完成。 为了获得稳态最优,往往要求最优操作点尽量接近工艺操作与设备的极限值并只允许在一个很窄的范围内变化。一旦偏离这种情况,各项指标会明