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聚丙烯生产过程的优化控制研究

作　者: 雷海军
导　师: 曹柳林
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 聚丙烯 优化控制 软测量 牌号切换 粒子群-罚函数法 微分进化-乘子函数法
分类号: TP273.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 211次
引　用: 3次
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内容摘要


聚丙烯(PP--polypropylene)是一种性能优良的热塑性合成树脂,具有比重小、无毒、易加工、抗冲击强度、抗挠曲性以及电绝缘性好等优点,在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面具有广泛的应用。在五大通用塑料中,产量仅次于聚乙烯和聚氯乙烯,国内消费量仅次于聚乙烯位列第二位,因此做好聚丙烯的生产很重要,于是对聚丙烯生产过程的优化控制研究也是十分必要和意义重大的。在分析介绍了优化控制相关知识的基础上,研究了聚丙烯生产过程的优化控制。通过对当今世界主要的聚丙烯生产工艺进行研究分析,结合前人的研究成果,以本体法丙烯聚合工艺和浆液法丙烯聚合工艺为例,对聚丙烯生产过程进行了反应器操作条件分析、动态特性分析、稳态特性分析、牌号过渡模拟以及流程优化模拟。论文的主要研究成果包括:(1)在聚丙烯聚合机理的基础上,分析了影响丙烯聚合的各个因素,并建立了聚丙烯产量的软测量模型,为优化操作,提高产能奠定了基础。(2)为了优化操作,提高产能,研究了优化算法,如粒子群算法、微分进化算法等,并在此基础上提出了PSO-PF(粒子群-罚函数法)和DE-MPF(微分进化-乘子函数法)优化算法,能够快速准确的实现对非线性约束函数的寻优,可以满足实时在线优化的要求。(3)在MPCE1000高级过程控制仿真模拟设备上进行实验,验证了聚丙烯产量模型,并利用PSO-PF(粒子群-罚函数法)和DE-MPF(微分进化-乘子函数法)实现聚丙烯生产过程的在线优化控制。(4)研究分析了丙烯聚合机理,结合其他学者的研究,分析了累积熔融指数模型、瞬时熔融指数模型等相关模型,并对模型进行了简化修正以方便工业应用,并针对具体的生产过程建立了熔融指数模型;(5)在建立了熔融指数模型的基础上,提出了最优牌号切换策略,并且进行了仿真研究,实现了最优切换操作指导。(6)分析了优化控制系统的实现形式,介绍了协调递阶控制。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 绪论  12-22
  1.1 软测量技术  13-15
  1.2 最优化方法  15-18
    1.2.1 最优化方法发展  15-16
    1.2.2 智能优化技术的发展  16-18
  1.3 离线优化与在线优化  18-19
  1.4 课题的来源、意义及主要内容  19-21
    1.4.1 课题的来源  19
    1.4.2 课题的意义  19-20
    1.4.3 课题的内容  20-21
  1.5 小结  21-22
第二章 聚丙烯生产工艺介绍  22-30
  2.1 溶剂法聚合工艺  22-23
  2.2 本体法聚合工艺  23-25
  2.3 气相法聚合工艺  25-29
  2.4 小结  29-30
第三章 聚丙烯产量的模拟与优化  30-52
  3.1 MPCE1000仿真系统的介绍  30-32
  3.2 丙烯聚合产量影响因素的分析  32-37
    3.2.1 进料流量对聚丙烯产量的影响  33-34
    3.2.2 温度对聚丙烯产量的影响  34-35
    3.2.3 液位对聚丙烯产量的影响  35-36
    3.2.4 氢气H_2对聚丙烯产量的影响  36-37
  3.3 聚丙烯产量软测量  37-39
  3.4 聚丙烯产量的实时优化  39-50
    3.4.1 聚丙烯产量优化模型的建立  40-41
    3.4.2 粒子群-罚函数法(PSO-PF)优化算法  41-45
    3.4.3 微分进化-乘子(DE-MPF)优化算法  45-50
  3.5 小结  50-52
第四章 聚丙烯牌号切换的模拟与优化  52-74
  4.1 牌号切换过程分析  52-55
    4.1.1 牌号定义  52
    4.1.2 牌号切换方式  52-53
    4.1.3 牌号切换控制目标  53
    4.1.4 牌号切换过程的数学描述  53-55
  4.2 丙烯聚合机理及质量指标影响因素分析  55-58
    4.2.1 丙烯聚合反应机理  55-56
    4.2.2 聚丙烯熔融指数影响因素分析  56-58
  4.3 聚丙烯牌号切换过程建模  58-65
    4.3.1 聚丙烯牌号切换的现实问题  58
    4.3.2 熔融指数模型的推导  58-63
    4.3.3 熔融指数模型应用  63-65
  4.4 聚丙烯牌号切换策略实现与优化  65-71
    4.4.1 由氢气来控制牌号的分析  65
    4.4.2 牌号自适应模型及优化切换策略  65-68
    4.4.3 牌号优化切换仿真  68-71
  4.5 小结  71-74
第五章 优化控制系统的实现  74-78
  5.1 简单生产系统优化控制的实现  74-75
  5.2 复杂生产系统优化控制的实现  75-77
    5.2.1 开环递阶优化控制  75-76
    5.2.2 闭环递阶优化控制  76-77
  5.3 小结  77-78
第六章 总结和展望  78-80
参考文献  80-84
致谢  84-86
研究成果及发表的学术论文  86-88
作者及导师简介  88-89
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  89-90

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 最佳控制、最佳控制系统
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