论文题目: Targeting on Different Characteristic Continuous Variables in Process Transition for Ethylene Column with Wide-Range Feed Fluctuation

录用期刊: PROCESSES (2022 JCR Q3)

作者列表

1) 曹欣宜 (通讯作者) 中国石油大学（北京）信息科学与工程学院 自动化系博18

2) 许 锋 中国石油大学（北京）自动化系

3) 罗雄麟 中国石油大学（北京）自动化系

文章简介:

对于连续化工过程迁移策略的研究，具有物理意义上的连续性和动态特性都是至关重要的。连续迁移策略具有更高的信息密度，能够尽可能地描述真实情况。此外，由于过程迁移是对系统动态过程的研究，因此动态特性的准确性是必要的。然而，现有的迁移策略存在一定的缺陷。动态优化可以获得具有不同特征但没有物理意义的迁移策略，而基于频域的解析法可以获得具有物理意义的连续迁移策略，但其动态特性是相同的。因此，通过综合现有策略的优点，提出了一种新的迁移策略，该策略同时具有不同动态特性和物理意义上的连续性。当过程迁移发生时，所提出的策略导致的波动更小，可以快速达到并保持平稳状态。此外，该策略还适用于同一对象不同迁移过程的快速应用。通过对连续进料乙烯精馏塔的研究评估了迁移策略的性能。

设计与实现:

本文提出了基于频域的两步优化法(TSO-FD)，该方法集成了优化法和解析法的优点，可以得到具有不同特征的连续迁移策略。所提方法的示意图如下图所示。

TSO-FD将分两步实施。第一步，通过线性化将非线性机理模型转化为线性传递函数模型，同时将时域迁移问题转化为频域迁移问题。然后，通过求解频域迁移问题，得到操作变量具有物理意义的连续迁移轨迹。

第二步，在原有非线性机理模型的基础上，通过优化调整连续函数的所有参数，得到具有不同特征的连续迁移轨迹。

实验结果及分析:

本文以乙烯精馏塔迁移过程为例来评估迁移策略的性能。采用gPROMS和Aspen Properties完成对乙烯精馏塔的仿真。将得到的连续迁移策略应用于乙烯塔，迁移结果如下图所示。

图1 乙烯精馏塔连续过程迁移的迁移结果

与无差异性的连续迁移策略相比，具有不同特性的连续迁移策略在乙烯塔中投入使用时，乙烯产品质量的偏差、最大偏差和均方误差均有所降低。由于波动减少，乙烯产品质量可以快速接近并保持在预期值，提高了迁移性能。对于同一对象，在已经获得了具有不同特征的连续迁移策略的前提下，可以通过TSO-FD的变型直接获得针对不同迁移过程的具有不同特征的连续迁移策略。而不必采用完整的求解流程，显著降低计算成本。对于因驱动变量状态变化引起的新迁移过程，迁移结果如下图所示。

图2 驱动变量状态变化引起的新迁移过程的迁移结果

图2表明，对于因驱动变量状态变化引起的不同过程迁移，与无差异性的迁移策略相比，TSO-FD得到的具有不同特性的连续迁移策略作用于乙烯塔时，乙烯产品质量的偏差更小。产品质量波动平缓，迁移过程更加平稳。此外，TSO-FD可以采用已有的结论作为初始值进行计算，而不必采用完整的求解流程。也就是说，与目前的求解方法相比，通过TSO-FD得到的过程迁移策略不仅具有更高的求解精度，而且可以简单高效的应用于其他迁移过程。

结论:

本文提出了基于频域的两步优化法，结合现有迁移策略的优势，开发了一种新的过程迁移策略。对于连续工业过程，新策略同时具有两个重要特性：具有物理意义的连续性和不同的动态特性。此外，所提出的方法可以快速应用于同一对象的不同迁移过程。最后，采用进料波动的乙烯塔作为基准案例评估迁移策略的性能。仿真结果表明，与现有的迁移策略相比，所提策略引起的波动较小。可以快速接近并保持平稳状态，迁移性能有所提高。

关于通讯作者：罗雄麟

教授、博士生导师，校学术委员会委员、校学位委员会委员。北京人工智能学会理事会常务理事、北京自动化学会理事会理事。从事控制理论及应用、过程控制工程和过程系统工程等研究工作，同时从事炼油化工过程软测量仪表与先进控制、过程流程模拟与实时优化等技术开发与工程应用工作。主持和参加“六五”至“九五”国家重点科技攻关项目多项、“十五”国家863项目1项、国家自然科学基金项目5项（主持2项）、国家重点基础研究发展计划（973计划）项目1项，主持和参加省部级科研项目和炼油化工公司科技开发项目30多项。获省部级奖5次。出版专著3部，发表教学和科研学术研究论文470多篇，SCI、ISTP和EI检索收录370多篇次，获国家发明专利授权11项。