[发明专利]一种用于求解面向操作优化的模型修正问题高效方法

摘要

本发明公开了一种用于求解面向操作优化的模型修正问题高效方法，该方法针对过程系统操作优化下模型修正问题的结构特点，首先分析模型相对模型参数和测量变量的灵敏度，根据灵敏度分析结果分别设计了基于测量变量与模型参数的子问题，将操作优化下模型修正问题分解为一簇复杂性由低到高的子问题，并求解这些子问题。将每次已求解的子问题最优解作为下一个待求解子问题计算的初值点，一步一步地求解下去，最后在较好的初值点基础上，达到求解操作优化下的模型修正问题的收敛，从而得到严格机理模型准确的参数值。采用修正后的模型进行操作优化，可显著地提高过程系统的生产效率。

主权项

一种用于求解面向操作优化的模型修正问题高效方法，该方法应用于PTA氧化反应过程系统中，其特征在于，该方法包括以下步骤：（1）根据PTA氧化反应过程系统模型修正问题的特点，分析待修正的模型相对十条反应动力学的平衡方程所对应的反应动力学常数和七个测量变量的灵敏度，并模型参数和测量变量按灵敏度大小排序，分别为参数p=[p1,p2,...,p10]、测量变量X=[x1,x2,...,x7]；七个测量变量分别为：每小时苯二甲酸产量、产品中对羧基苯甲醛浓度、每小时醋酸消耗量、尾气的氧气浓度、尾气的一氧化碳浓度、尾气的二氧化碳浓度、结晶器尾气的氧气浓度；（2）根据灵敏度分析结果，设计基于测量变量与模型参数的子问题。从而复杂过程系统的模型修正问题分解为一簇渐进复杂的子问题，子问题表示如下： min X , U , p 1 J nk ( X , Y ) = Σ j = 1 5 Σ i = 1 nk ( x ij - y ij ) 2 / σ i 2 s.t.F(X,U,p1,p2,...,ppk)=0Pnk,pk:lxi≤xi≤uxii=1,2,...,7luj≤uj≤uujj=1,2,...,21711lpk≤pk≤upkk=1,2,...,pknk=1,2,3,...,7，pk=1,2,3,...,10；其中，Jnk(X,Y)为基于校正误差的最小二乘函数，Y=[y1,y2,...,yn]为测量变量的测量值，X=[x1,x2,...,xn]为测量变量的校正值，uxi=[uxi1,uxi2,...,uxiM]T,lxi=[lxi1,lxi2,...,lxiM]T分别为测量变量的上下界，U=[u1,u2,...,um]为未测量变量，yi=[yi1,yi2,...,yiM]T，xi=[xi1,xi2,...,xiM]T，uj=[uj1,uj2,...,ujM]T，uuj=[uuj1,uuj2,...,uujM]T,lui=[luj1,luj2,...,lujM]T分别为未测量变量的上下界，σi为测量变量的标准差。M为工况个数，p=[p1,p2,…,pnp]为要估计的模型参数，lpk,upk分别为模型参数的上下界，F(X,U,p)=0为过程系统的机理模型方程。划分的子问题共有n×np个且nk=1,2,3,...,n，pk=1,2,3,...,np。（3）采用上述基于测量变量与模型参数的子问题，应用二次规划优化算法求解这些子问题，将已求解的子问题最优解作为下一个待求解的子问题计算的初值点，一步一步地求解下去，最后在较好的初值点基础上，达到求解模型修正问题的收敛。（4）根据子问题规划求解方法求解计算结果，得到了准确的模型参数p=[p1,p2,...,p10]、测量变量的校正值及未测量变量的估计值。将修正后的模型进 一步应用于该过程的操作优化与过程控制中，显著地提高了该过程系统的生产效率。