带区间值可调范围的炼油生产过程深度优化与控制方法研究

Under the guarantee of existing stable control performance, the refining production enterprises have the actual requirements to explore the profound optimization and control methods to improve the energy consumption efficiency. Especially, in recent years, it has been one of the key research directions. By actively utilizing the interval tunable information, which commonly exist and is easily obtained in the refining production process, this project will design the interval decomposition method of production process profound optimization target. Then the interval optimization conditions will be deduced, which directly reflect with the adjustable range of energy efficiency. In order to eventually achieve the profound optimization and control of production process with tunable interval variables, an interval type-2 fuzzy system is designed to deal with the deduced interval optimization strategies. Meanwhile, the adaptive tuning rules will be proposed for the type-reduction part of designed type-2 fuzzy system. With the in-depth research on the designed information feedback structure, the relation between the interval adjustable range and the whole system optimization performance will be analyzed. The research of this project will bring one feasible option for industrial implementation of profound optimization and control systems. This project will also show a new research way to deal with the interval information optimization of process variables. Simultaneously, this project will play a guiding role to promote the interval analysis theory and the applications of interval type-2 fuzzy control systems in the field of industrial process control.

在保证现有平稳控制性能基础上，探寻进一步提高用能效率的深度优化和控制方法是近年来炼油生产企业的实际需求和重点研究方向之一。本项目将主动利用炼油生产过程中普遍存在且易于获取的区间可调信息，设计针对生产过程深度优化目标的区间分解方法，推导体现用能效率可调范围的区间优化条件，并通过设计带有自适应降型调整策略的区间二型模糊系统，将该区间优化条件代入所设计的优化和控制结构中，以期最终实现对带有区间值可调范围的生产过程的深度优化和控制。同时对所设计的区间信息反馈机制进行深入研究，剖析区间可调范围与系统整体优化和控制的关系。本课题的研究，为实际工业过程的节能降耗和优化提供了一种可行的解决方案，对过程变量中含有的区间信息的优化和处理问题，给出了一种新的研究思路，也对区间分析理论和区间二型模糊系统在过程控制领域中的应用起到一定的推动作用。

本课题利用炼油生产过程中普遍存在且易于获取的区间可调信息，设计针对生产过程深度优化目标的区间分解方法，推导体现用能效率可调范围的区间优化条件，并通过设计带有自适应降型调整策略的区间二型模糊系统，将该区间优化条件代入所设计的优化和控制结构中，最终实现对带有区间值可调范围的生产过程的深度优化和控制。课题针对两种典型的炼油生产过程，即气体分馏生产过程和乙烯裂解过程，分别建立能够体现区间可调信息的测试模型，分析和确定其中的深度优化指标以及可利用的区间调节信息。随后，设计了区间二型模糊集合的九点表示法，并用该方法对优化和控制中的区间信息进行描述。然后，结合实际的区间约束条件，利用约束预测控制算法的基本框架，设计并实现了对气分过程中解析塔的先进控制。课题还借助内模控制结构和区间二型模糊理论来设计区间二型模糊逆模型控制系统，由于该方法中的辨识方法和控制器设计分别采用区间二型模糊和常规一型模糊理论，为此在辨识模型环节中将实际模型的输出信号也作为辨识模型的输入，改变了以前将实际模型和辨识模型输出之间求偏差的方法，提升了控制效果。课题所设计的方法在三个典型数学模型上进行了数值仿真，在高阶水箱系统、电阻炉系统上分别进行了验证，之后在两个典型的炼油生产过程中进行了测试比较研究，无论是数值仿真结果、实物验证结果以及工业应用的测试结果，都验证了所设计方法的有效性和处理区间信息的能力。本课题按照预期的研究计划，提出的优化和控制方法对于炼油生产过程处理区间信息具有重要的理论支撑作用和明确的应用价值。