间歇过程动态柔性分析

Chemical processes are always disturbed by a lot of uncertainties in operation conditions and operational environment. These uncertainties can bring effects with different degree to the operation of chemical process, which may drive the operation to deviate from design conditions and make the system operation fail to satisfy the operation constraints and fail to realize the desired target. Due to the effects of uncertainties, many operational variables, such as temperature and pressure, may lose control and operate out of the reasonable range, which can lead the inferior quality of production and even worse lead an accident. This project takes the batch process as the research object to research the effect of parameter uncertainty on the operation of chemical process based on the experimental platform (Mini-plant), which is aim to make a new breakthrough for the theory of dynamic flexible analysis in chemical process. The main research contents of this project contain: (1) the integration of dynamic optimization and control for batch process; (2) the effect of parameter uncertainties (including the initial conditions of batch process, time delay, heat transfer efficient, reaction rate constant, ambient temperature and so on) on the operation of chemical process; (3) the dynamic optimization algorithm suitable for dynamic flexible analysis. Based on these research contents, this project is to develop the theory and method of dynamic flexible analysis for the operation of chemical process, which to some extent lay the theory basis for the research of safety, optimal control, and procduct control of chemical process.

化工生产过程常遇到一些不确定操作条件或者操作环境的影响。这些不确定参数对过程系统的运行可能带来不同程度的影响，使得实际操作工况往往偏离设计工况，致使系统的操作不能很好地满足生产过程的约束条件。许多参数，如温度、压力等，不能控制在需要的范围内，导致生产质量降低，严重时甚至发生事故。本项目以间歇过程为对象，以miniplant为实验平台，研究不确定参数对化工过程操作性能的影响。以期在化工过程的动态柔性分析理论方面的研究取得新的突破。研究内容主要包括间歇化工过程动态优化与控制集成研究；研究各种不确定参数（包括间歇反应过程的初始条件、时滞因素、传热系数、反应速率常数、环境温度等）对其操作性能的影响。研究适用于动态柔性分析的动态优化算法。为保障化工过程运行系统的安全稳定、优化控制及生产质量控制奠定理论基础。

经过四年的研究，本项目研究了不确定参数对化工过程操作性能的影响，尤其研究初始条件、时间滞后等不确定因素影响的动态柔性问题，取得了很好的进展。.为了对同时受到不确定参数和时滞因素影响的动态系统进行柔性分析，本研究将时滞因素加入到动态柔性分析框架中，形成了含固定时滞的动态系统柔性分析模型。通过分析时滞对系统状态变量的影响，提出了以有限元正交配置方法为载体的固定时滞的处理方法。考虑到不确定时滞问题的复杂性，提出了一种用于估算含不确定时滞的动态系统柔性指数的较为精确的方法。.开展了典型氧化反应过程（环己烷氧化反应）的多工况分析与数值模拟工作。在以往针对环己烷氧化反应的数值模拟研究中，更多关注的是反应器的设计和优化。从安全角度出发，探究气体分布器对环己烷反应器的影响至今没有人涉及。本工作研究环己烷在反应器内的流动状况及异常工况对工业生产实际用重要作用。首先模拟了正常工况下气升式环流反应器的流体流动状况。然后分析对常见的六种异常工况进行了分析和探讨。.在化工非线性过程监测方面，为了进一步提高监测的准确性和时效性，本项目组开展了基于核熵成分分析（KECA）的统计过程监控方法、基于核局部保留投影算法（KLPP）以 及MEL-KLPP的统计过程监控算法研究。同时探讨了无监督学习算法在化工过程故障诊断中的应用，提出了基于稀疏过滤特征学习的新故障检测方法。该方法通过稀疏过滤无监督学习，从化工过程原始数据中自适应地以无监督方式学习出特征，然后将特征输入到逻辑回归模型，以有监督的方式对过程运行状态进行分类。该方法具有良好的诊断性能，可以及时有效地诊断出故障。