【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于工業過程的先進控制領域，涉及一種具有狀態時滯補償的乙烯裂解爐出口溫度設定值優化控制方法。
技術介紹
1、近年來，隨著工業化進程的持續推進，工業過程領域的競爭日益激烈。乙烯作為國民經濟中非常重要的地位，乙烯的生產和應用直接關系到多個下游行業的產能和發展水平，為了保持競爭優勢，乙烯生產必須以最優經濟的方式進行運作，并能夠對影響其經濟效益和控制性能的變化迅速做出響應。乙烯裂解爐的出口溫度作為乙烯生產中的一個關鍵因素，直接反應了乙烯的生產效率和質量，對于乙烯裂解出口溫度的控制則是工業生產過程中的一個重要指標，然而這類系統通常具有較大的不確定性和顯著的強非線性特征，同時廣泛存在于各個工業生產中的時滯特性對于溫度的控制也增加了難度，因此如何在整個乙烯生產工廠經濟最優狀態快速、準確地找到適合當前情況的最優設定值，并使系統能夠在各種內外環境影戲下進行有效控制，成為控制領域亟待解決的挑戰之一。
2、本專利研究了具有狀態時滯補償的乙烯裂解爐出口溫度設定值優化控制。首先，由于乙烯裂解溫度控制系統難以建立精確的系統模型，并且外部條件變化會引起控制系統的變化，使得系統可能會偏離在理想條件下給出的設定值，這可能導致整體系統無法在經濟最優狀態下運行，帶來難以估計的生產損失。此外，控制系統通常具有強非線性和時滯特性，在對這種復雜系統建模和控制器設計時不可避免地需要進行簡化，然而這些被忽略的動態特性可能對系統有顯著影響，如果簡單忽略這些特性，在理想條件下進行建模和控制器設計，其實際控制效果往往難以達到預期。因此，設計一種針對上述問題的先
3、目前，乙烯裂解爐出口溫度控制系統的主流控制方法是實時優化控制。然而，隨著生產環境的日益復雜以及對經濟性能如產量和效率的要求不斷提高，對于普遍存在于生產過程中的狀態時滯、不確定性、強非線性和未知干擾問題來說，傳統的優化控制方法已經難以在保證乙烯產量的同時對出口溫度進行有效控制。因此，針對乙烯裂解過程特性的設備進行深入研究，并結合現代控制理論，對工業過程控制系統的改進具有重要的意義。
技術實現思路
1、為了解決上述技術問題，本專利提出一種具有狀態時滯補償的乙烯裂解爐出口溫度設定值優化控制方法，這種方法針對控制系統存在狀態時滯、不確定性、強非線性和未知干擾的系統采用魯棒多步預測控制、信號補償和提升技術相結合的方法，在確保乙烯生產工程的生產效率的同時計算出乙烯裂解爐出口溫度最優設定值并進行有效跟蹤控制。
2、本方法正是針對這一問題展開研究。首先，針對乙烯裂解爐出口溫度控制系進行仿真模型建立。在底層被控對象基礎上構建下層控制回路模型并設計了魯棒時滯補償預測控制器，將下層控制回路模型提升并構建上層運行控制層模型，并進行設定值優化器設計，在設計初期就考慮了上下層控制回路中的狀態時滯、不確定性、強非線性和外部干擾此外，采用未建模動態和時滯補償的方法來獲取運行控制模型未建模動態數據信息的補償控制器和優化器，消除未建模動態對閉環系統的影響，使得系統實際運行中，即使面臨條件變化時，依然能夠展現出應有的控制性能。
3、該方法是通過以下技術方案實現的：
4、步驟一：建立乙烯裂解爐出口溫度控制系統的控制回路擴展狀態空間模型；
5、建立具有狀態時滯、參數不確定性和未建模動態的離散底層狀態空間模型如下：
6、
7、式中，x(k+1)表示在離散k+1時刻的底層系統狀態，u(k)表示在離散k時刻的底層控制輸入，v(k)表示在離散k時刻離散化后的底層模型與原模型間的未建模動態，a(k)＝a+δa(k)為離散k時刻系統的底層狀態矩陣，b(k)＝b+δb(k)為離散k時刻系統的底層輸入矩陣，ad為系統的底層狀態時滯矩陣，d(k)為狀態時滯矩陣的時滯步長(其中dm≤d(k)≤dm，dm和dm分別為時滯步長的上下約束)，a為需要辨識的底層狀態矩陣，b為需要辨識的底層輸入矩陣，c為底層輸出矩陣，y(k)表示在離散k時刻的底層系統輸出，δa(k)為離散k時刻底層狀態矩陣的不確定攝動，δb(k)為離散k時刻底層輸入矩陣的不確定性攝動，滿足：
8、[δa(k)??δb(k)]＝nδ(k)[ha?hb]?(2)式中，n為底層系統不確定性的統一矩陣，ha為底層系統不確定性的狀態矩陣，hb為底層系統不確定性的輸入矩陣，為依賴于離散時刻k的不確定攝動，其中δ1,δ2是[-1,1]之間的隨機數；
9、將輸出誤差，誤差積分項及未建模動態引入新的狀態空間變量中，得到新的擴展控制回路狀態空間向量xd(k)＝[x(k),v(k-1),e(k),e(k-1)]t，其中xd(k)為k時刻回路控制層狀態空間向量，e(k-1)為k-11時刻底層系統輸出y(k-1)與設定值y*(k-1)的誤差，v(k-1)為k-11時刻底層系統未建模動態，e(k)為從k＝0時刻到k時刻的底層系統輸出誤差e(k)的累計誤差；同時建立的新的擴展回路控制層狀態空間方程如下：
10、
11、式中，為回路控制層離散k時刻的系統狀態，為回路控制層離散k時刻關于底層狀態的擴展矩陣1，為回路控制層關于底層狀態的擴展矩陣2，為回路控制層控制器關于底層控制律增益的擴展矩陣3，kd1為回路控制層離散k時刻的控制器的控制律增益，為回路控制層離散k時刻的系統狀態時滯矩陣，為回路控制層離散k時刻的系統狀態輸入矩陣，cd＝[c?0?0?0]為回路控制層的系統狀態輸出矩陣，為回路控制層離散k時刻的未建模動態，i均為適當維數的單位矩陣；
12、步驟二：在下層擴展系統的基礎上，設計帶有時滯補償的回路控制器；
13、回路控制層的信號補償魯棒預測控制器u(k)表示為：
14、
15、式中為離散k時刻關于時滯補償的傳統魯棒預測控制器控制律增益kd1的擴展矩陣,可通過求解線性矩陣不等式得到；
16、步驟三：將控制回路提升至上層運行優化層擴展狀態空間模型；
17、上層運行控制層在一個周期內以較大采樣周期tu采樣，下層回路控制層在一個周期內以較小采樣周期td來采樣，其中tu＝αtd且采樣倍率α為正整數，同時基于下層控制回路擴展建立考慮采樣周期的上層運行控制層的系統狀態方程如下：
18、
19、式中，為運行控制層的系統狀態矩陣，為運行控制層的系統狀態輸入矩陣，為運行控制層的系統狀態矩陣，au(αk)為運行控制層的基底系統狀態矩陣，bu為運行控制層的基底系統狀態輸入矩陣，為運行控制層的系統狀態(其中eu(αk)＝r*-r(αk)為乙烯收益性能指標的性能誤差，r*為運行層的乙烯收益理想性能指標，r(αk)為運行層的乙烯收益性能指標實際性能)，為運行控制層的虛擬未建模動態，d(αk)(其中dm-td＜d(αk)＜dm-(α-1)td)為運行控制層的擴展狀態時滯，為運行控制層擴展后的乙烯收益性能指標正向收益的效益系數矩陣，其中me為運行控制層的基底乙烯本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.具有狀態時滯補償的乙烯裂解爐出口溫度設定值優化控制方法，其特征在于，具體步驟如下：
【技術特征摘要】
1.具有狀態時滯補償的乙烯裂解爐出口溫度設定...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姜雪瑩，劉宇昂，付艷玲，施惠元，李亞茹，彭博，趙濤巖，蘇成利，李平，
申請(專利權)人：遼寧石油化工大學，
類型：發明
國別省市：
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