[发明专利]一种间歇反应过程的变周期协同优化控制方法

权利要求书

1.一种间歇反应过程变批次长度协同优化控制方法，该方法包含以下步骤：

S01：依据实时接收到的系统温度、压力、流量等信号，建立由原料、产品的市场价格和装置耗能数据等决定的动态经济优化问题；

S02：将S01所得动态优化问题通过控制向量参数化法转化为非线性规划问题，并采用基于改进的加权惩罚函数的Nelder-Mead单纯形法，求解得到最优控制序列，计算当前最优批次长度；

S03：采用基于实时优化的滚动时域控制方法，将S01所得的控制向量的解的第一步应用于控制过程系统。在经历一个控制周期后重新测量系统的温度、压力、流量等信号，并在当刻时间点上重新建立优化问题，以确保控制的实时性与优化的有效性；

S04：通过分析S01计算的最优批次长度与当前批次时间，确定当前生产所处生产阶段是否已达到经济利益最大化，并决定是否应当结束当前批次生产，并根据控制向量长度动态更新原则，确定下一循环中控制周期的长度。如果还未达到结束生产的条件，则回到S01。

2.如权利要求1所述的间歇反应过程变批次长度协同优化控制方法，在S01中动态经济优化问题描述其特征在于：

依据所需原料的市场价格、生产和加料装置的耗能数据，建立与温度、压力、流量、产物浓度等状态变量相关的经济优化和平滑控制目标函数，多个目标由加权和组成计算目标，通过操纵控制变量的值和批次周期长度使目标最小化，该自由终端动态优化问题如下：

式(1)中，L/Q和M分别为经济目标函数和控制平滑目标函数，其中L函数即过程的累计成本，Q函数则为过程终端成本；与传统经济优化不同的是，t_f是根据实际生产决定的批次长度，批次长度作为优化自由度也是决定经济收益的重要条件；其中等式约束为过程动态模型，不等式约束包括状态变量与输入变量的边界约束。在t时刻的最优控制输入序列集为U是一系列控制变量的集合。

3.如权利要求1所述的间歇反应过程变批次长度协同优化控制方法，在S02中基于改进的加权惩罚函数的Nelder-Mead单纯形法其特征在于：

在Nelder-Mead单纯形法寻优操作时，每个单纯形计算目标函数时，执行如下步骤：

(1)在从当下时刻至批次周期终点即(t^*，t_f]内，将时间均匀的分成个长度为的间隔；

(2)如果第k个系统变量，在(t₁，t₂)中违反了它的边界(最大或最小)约束，在这几个间隔中，计算出第k个系统变量曲线与其最大或最小值之间的差的绝对值的积分的粗略近似值(I_k^p)；

(3)对每个系统变量重复此过程，并通过先前计算的积分(I_k^p)的加权和来计算全局惩罚系数。将全局惩罚系数缩放到标准目标函数数量级，并设定惩罚参数(ξ)，然后将其添加到目标函数之外，以建立其惩罚等效项；

加权策略的利用I_k^p来计算全局罚系数的量化表达如式(2)所示，在实际的计算中，ξ是无量纲的，并且对于大多数实际情况而言，ξ一般选择5～10；

加权策略通过积分计算基于和时间单位间隔的离散化方法计算积分项显然，越高，边界检查的精度和可靠程度就越高，其计算量也就越大。因此根据受控系统的动态特征定义和参数，系统的动态性越高，值越高。