一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法
【專利說明】一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚合反應(yīng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別是聚乙烯反應(yīng)生成過程中溫度控制方法的
技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 聚合過程是在聚合反應(yīng)釜內(nèi)，在分散劑、緩沖劑、鏈轉(zhuǎn)移劑、防黏劑、熱穩(wěn)定劑、弓丨 發(fā)劑和終止劑等助劑作用下，單體在一定溫度和壓力下聚合成高分子聚合物的過程。
[0003] 聚乙烯是乙烯聚合而成的高分子化合物。產(chǎn)品分為高、中、低壓聚乙烯和低壓低密 度聚乙烯等。聚乙烯反應(yīng)系統(tǒng)主要由聚合反應(yīng)器、循環(huán)氣冷卻器和循環(huán)氣壓縮機(jī)組成。反應(yīng) 循環(huán)氣體在壓縮機(jī)的作用下，連續(xù)經(jīng)過被硫化的樹脂反應(yīng)床和冷卻器，同時(shí)帶走反應(yīng)產(chǎn)生 的熱量。冷卻器是單程殼式換熱器，氣體走管程，調(diào)溫水走殼層。聚合反應(yīng)在硫化床反應(yīng)器 中進(jìn)行，反應(yīng)用料乙烯、氫氣、T 2、C2、C4及其共聚單體從反應(yīng)器底部加入，一部分轉(zhuǎn)化為聚乙 烯，大部分單體和共聚單體從反應(yīng)器頂部作為循環(huán)氣又返回到反應(yīng)器。循環(huán)冷卻器的調(diào)溫 水由水栗打入，從循環(huán)冷卻器出來(lái)的調(diào)溫水帶出大量的熱量。反應(yīng)器的出料包含兩路:一路 排出料粉進(jìn)入出料缸，另一路從反應(yīng)器頂部排出參與循環(huán)反應(yīng)。
[0004] 為了提高溫度的動(dòng)靜態(tài)控制品質(zhì)，減少反應(yīng)器溫度的波動(dòng)；同時(shí)也為了克服催化 劑進(jìn)料的干擾，本發(fā)明提出一種前饋-反饋結(jié)構(gòu)的MPC控制方案，使反應(yīng)溫度穩(wěn)定在設(shè)定值 水平。預(yù)測(cè)控制是70年代后期產(chǎn)生的一類新型計(jì)算機(jī)控制算法，這類算法以對(duì)象的階躍或 脈沖響應(yīng)為模型，采用滾動(dòng)優(yōu)化推移對(duì)的方式在線地對(duì)過程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，在復(fù)雜的工業(yè) 過程中顯現(xiàn)出良好的控制性能。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提出一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制 方法，可以明顯減小反應(yīng)過程溫度的方差，有效地提高過程系統(tǒng)的控制精度，并且易于實(shí)現(xiàn) 計(jì)算機(jī)控制。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，所述控制 方法利用預(yù)測(cè)控制MPC和前饋-反饋控制的形式對(duì)聚乙烯反應(yīng)過程的溫度進(jìn)行跟蹤控制，具 體步驟包括：
[0007] (a)主控建模:建立調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機(jī)理模型，調(diào)溫水量作為操作變 量，循環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度作為被控變量；
[0008] (b)前饋建模:建立催化劑進(jìn)量與反應(yīng)器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)K。疊加到 MPC主控制器上；
[0009] (c)線性處理:在不同工作點(diǎn)處，對(duì)主控模型進(jìn)行線性化，得到調(diào)溫水量與循環(huán)氣 溫度之間的線性模型；
[0010] (d)參數(shù)確定:選取采樣周期T，動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，得到模型系數(shù)&1，&2.....a N，仿真調(diào) 優(yōu)確定其他參數(shù)；
[0011] (e)優(yōu)化計(jì)算:通過預(yù)測(cè)控制MPC算法對(duì)聚乙烯反應(yīng)過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控 制調(diào)溫水的流量，進(jìn)而控制反應(yīng)過程的溫度。
[0012] 作為優(yōu)選，所述(a)步驟中，采用的是MPC算法，調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機(jī)理 模型通過脈沖響應(yīng)的值來(lái)確定，需要符合實(shí)際生產(chǎn)過程或者分析歷史數(shù)據(jù)，并不一定為單 位脈沖。
[0013] 作為優(yōu)選，所述(b)步驟中，在前饋模型的建立之后需要經(jīng)過參數(shù)整定、與主控模 型的關(guān)系分析之后確定比例系數(shù)K。的值，并應(yīng)具體考量催化劑的種類、硫化床反應(yīng)器。
[0014] 作為優(yōu)選，所述(e)步驟中，優(yōu)化計(jì)算的具體過程參照具體實(shí)施過程部分中的預(yù)測(cè) 控制MPC算法，需要確定參考軌跡和解優(yōu)化方程，通過控制閥最終確定調(diào)溫水量的大小。
[0015] 本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法在工作過程中， 通過將預(yù)測(cè)控制與前饋-反饋控制結(jié)合的方法進(jìn)行聚乙烯反應(yīng)過程的溫度控制。在通過機(jī) 理建模、得到系統(tǒng)模型的情況下，結(jié)合預(yù)測(cè)控制可用于時(shí)變、時(shí)滯以及非線性系統(tǒng)的控制的 特點(diǎn)，可以方便的處理控制量、操作工況、裝置上下限等約束;對(duì)可測(cè)擾動(dòng)一一催化劑加料 量采用前饋控制及時(shí)消除對(duì)系統(tǒng)的影響，大大減小了反應(yīng)器溫度的波動(dòng)，使裝置運(yùn)行在經(jīng) 濟(jì)合理的位置，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低了能耗；同時(shí)，裝置的平穩(wěn)運(yùn)行節(jié)省了高昂的 催化劑，減小了非正常的停車次數(shù)。
[0016] 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。 【【附圖說明】】
[0017] 圖1是本發(fā)明一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法的控制框圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法的流程工藝圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0019]參閱圖1和圖2,本發(fā)明一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，具體步驟包括：
[0020]步驟一、建立調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機(jī)理模型，調(diào)溫水量作為操作變量，循 環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度作為被控變量；
[0021]步驟二、建立催化劑進(jìn)量與反應(yīng)器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)K。疊加到MPC主 控制器上；
[0022]步驟三、在不同工作點(diǎn)處，對(duì)主控模型進(jìn)行線性化，得到調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之 間的線性模型；
[0023]步驟四、選取采樣周期T，動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，得到模型系數(shù)&1，&2.....a N，仿真調(diào)優(yōu)確 定其他參數(shù)；
[0024] 步驟五、通過預(yù)測(cè)控制MPC算法對(duì)聚乙烯反應(yīng)過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控制調(diào)溫 水的流量，進(jìn)而控制反應(yīng)過程的溫度。
[0025]其中預(yù)測(cè)控制MPC算法的主要過程為：
[0026] 基于聚乙烯反應(yīng)對(duì)象的脈沖響應(yīng)：
[0027] 1、主控過程的預(yù)測(cè)模型
[0028]線性對(duì)象，其單位脈沖響應(yīng)的采樣值gl. . .g> ..，離散卷積公式可以寫出：
i其中u，y分別是輸入量、輸出量相對(duì)于穩(wěn)定工作點(diǎn)的偏移量。漸 進(jìn)穩(wěn)定的對(duì)象，.，3iV，使?ν=ΝΤ。
[0029] 因此，對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性可以用一個(gè)有限卷積的預(yù)測(cè)模型表示：
[0030]
[0032] 2、參考軌跡
[0033] MPC中，期望輸出是從現(xiàn)實(shí)實(shí)際輸出溫度y(k)出發(fā)向設(shè)定值溫度c光滑過度的一條 參考軌跡規(guī)定的。
[0034]
[0035] 其中a = eTTA，τ越小，參考軌跡快速性更好，魯棒性能降低。
[0036] 3、滾動(dòng)優(yōu)化
[0037] MPC中，k時(shí)刻的優(yōu)化目標(biāo)是使未來(lái)Ρ個(gè)時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出yP盡可能的接近由參考輸 出提供的期望輸出y r。性能優(yōu)化指標(biāo)：
[0038]
[0039]預(yù)測(cè)模型輸出值yP:閉環(huán)預(yù)測(cè)
[0040]
，其中y(k)為實(shí)際輸出值。
[0041 ] 偏導(dǎo)
，得到：
[0042]
[0043] 本發(fā)明工作過程：
[0044]本發(fā)明一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法在工作過程中，通過將預(yù)測(cè)控制與前 饋-反饋控制結(jié)合的方法進(jìn)行聚乙烯反應(yīng)過程的溫度控制。在通過機(jī)理建模、得到系統(tǒng)模型 的情況下，結(jié)合預(yù)測(cè)控制可用于時(shí)變、時(shí)滯以及非線性系統(tǒng)的控制的特點(diǎn)，可以方便的處理 控制量、操作工況、裝置上下限等約束;對(duì)可測(cè)擾動(dòng)一一催化劑加料量采用前饋控制及時(shí)消 除對(duì)系統(tǒng)的影響，大大減小了反應(yīng)器溫度的波動(dòng)，使裝置運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)合理的位置，提高產(chǎn)品 的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低了能耗；同時(shí)，裝置的平穩(wěn)運(yùn)行節(jié)省了高昂的催化劑，減小了非正常的 停車次數(shù)。
[0045]上述實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的說明，不是對(duì)本發(fā)明的限定，任何對(duì)本發(fā)明簡(jiǎn)單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，其特征在于:所述控制方法利用預(yù)測(cè)控制MPC 和前饋-反饋控制的形式對(duì)聚乙烯反應(yīng)過程的溫度進(jìn)行跟蹤控制，具體步驟包括： (a) 主控建模:建立調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機(jī)理模型，調(diào)溫水量作為操作變量， 循環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度作為被控變量； (b) 前饋建模:建立催化劑進(jìn)量與反應(yīng)器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)K。疊加到MPC主 控制器上； (c) 線性處理:在不同工作點(diǎn)處，對(duì)主控模型進(jìn)行線性化，得到調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度 之間的線性模型； (d) 參數(shù)確定:選取采樣周期T，動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，得到模型系數(shù)&1，&2……a N，仿真調(diào)優(yōu)確 定其他參數(shù)； (e) 優(yōu)化計(jì)算:通過預(yù)測(cè)控制MPC算法對(duì)聚乙烯反應(yīng)過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控制調(diào) 溫水的流量，進(jìn)而控制反應(yīng)過程的溫度。2. 如權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，其特征在于:所述(a)步 驟中，采用的是MPC算法，調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機(jī)理模型通過脈沖響應(yīng)的值來(lái)確 定，需要符合實(shí)際生產(chǎn)過程或者分析歷史數(shù)據(jù)，并不一定為單位脈沖。3. 如權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，其特征在于:所述(b)步 驟中，在前饋模型的建立之后需要經(jīng)過參數(shù)整定、與主控模型的關(guān)系分析之后確定比例系 數(shù)K。的值，并應(yīng)具體考量催化劑種類、硫化床反應(yīng)器。4. 如權(quán)利要求1所述的一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，其特征在于:所述(e)步 驟中，優(yōu)化計(jì)算的具體過程參照具體實(shí)施過程部分中的預(yù)測(cè)控制MPC算法，需要確定參考軌 跡和解優(yōu)化方程，通過控制閥最終確定調(diào)溫水量的大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚乙烯反應(yīng)過程溫度的控制方法，具體步驟包括：(a)主控建模：建立調(diào)溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機(jī)理模型，調(diào)溫水量作為操作變量，循環(huán)氣進(jìn)入反應(yīng)器的溫度作為被控變量；(b)前饋建模：建立催化劑進(jìn)量與反應(yīng)器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)Kc疊加到MPC主控制器；(c)線性處理；(d)參數(shù)確定；(e)優(yōu)化計(jì)算：通過預(yù)測(cè)控制MPC算法對(duì)聚乙烯反應(yīng)過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控制調(diào)溫水流量，進(jìn)而控制反應(yīng)過程的溫度。本發(fā)明可測(cè)擾動(dòng)—催化劑加料量采用前饋控制及時(shí)消除對(duì)系統(tǒng)的影響，減小反應(yīng)器溫度的波動(dòng)，使裝置運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)合理位置，提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，降低能耗，節(jié)省高昂的催化劑，減小非正常的停車次數(shù)。
【IPC分類】G05B13/04
【公開號(hào)】CN105607481
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610046061
【發(fā)明人】王嫣俐
【申請(qǐng)人】王嫣俐
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2016年1月25日