技術(shù)特征：

1.一種用于氧氮精餾外壓縮空分設(shè)備的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法，其特征在于所述的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法是：采用大范圍工藝優(yōu)化與非線性預(yù)測控制相結(jié)合的兩層體系結(jié)構(gòu)，包含工藝優(yōu)化計算(RTO)和模型預(yù)測控制(MPC)兩個模塊；RTO模塊根據(jù)裝置的變負(fù)荷要求，通過空分低溫深冷工藝優(yōu)化計算，計算出與負(fù)荷變化相關(guān)的過程變量的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)值，并送入到多變量預(yù)測控制MPC中；MPC模塊則在不違背設(shè)備約束與保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，逐步將裝置推向RTO計算所得到的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)工作點。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氧氮精餾外壓縮空分設(shè)備的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法，其特征在于所述的RTO模塊，首先采用基于回朔同倫的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方法，離線求解出各個負(fù)荷需求下的最優(yōu)操作點，然后采用回歸方法建立負(fù)荷需求和最優(yōu)操作點之間的非線性模型，在線運行時根據(jù)該非線性模型快速對應(yīng)負(fù)荷需求的最優(yōu)操作點；

對于空分設(shè)備，目前氧氣提取率已經(jīng)接近設(shè)備極限，通過減少空氣量來降低能耗非常困難；因此，變負(fù)荷實時優(yōu)化模塊通過如下優(yōu)化命題，在保證設(shè)備安全和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，減少空氣進(jìn)料量的壓縮工，以降低空分設(shè)備能耗：

$\begin{array}{cc}\underset{u}{\min }& k_1{F}_{HPA}+k_2{F}_{MA}+k_3{F}_{TA}\end{array}$

s.t.f(x,u,y,p)＝0

g(x,u,y,p)≤0

p＝{F_GOX,F_LIN}

其中，f是空分設(shè)備的穩(wěn)態(tài)機理模型；g是空分設(shè)備的過程約束，如產(chǎn)品純度、設(shè)備約束等；y是空分設(shè)備的輸出變量；u是空分設(shè)備的輸入變量；p是空分設(shè)備的負(fù)荷變量，由F_GOX和F_LIN組成，其中F_GOX是產(chǎn)品氧氣流量，F(xiàn)_LIN是產(chǎn)品液氮流量；k₁,k₂和k₃分別是高壓空氣，正流空氣和膨脹空氣的壓縮費用。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氧氮精餾外壓縮空分設(shè)備的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法，其特征在于所述的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法，具體包括以下步驟：

1)對產(chǎn)品氧氣流量F_GOX和產(chǎn)品液氮流量F_LIN,根據(jù)操作范圍大小，進(jìn)行離散化，構(gòu)成一個負(fù)荷工況二維網(wǎng)格；

2)對網(wǎng)格上的每一個負(fù)荷工況，采用基于回朔同倫的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方法，離線求解出各個負(fù)荷工況下的最優(yōu)操作點；

3)采用回歸方法建立負(fù)荷工況{F_GOX,F_LIN}和最優(yōu)操作點之間的非線性模型；

4)在線運行時根據(jù)該非線性模型，實時得到對應(yīng)負(fù)荷工況的最優(yōu)操作點，并送入MPC模塊作為其IRV值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于氧氮精餾外壓縮空分設(shè)備的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法，其特征在于所述基于回朔同倫的空分設(shè)備穩(wěn)態(tài)優(yōu)化方法，它具體包括以下步驟：

假設(shè)基礎(chǔ)負(fù)荷p_bp，其最優(yōu)解為{x^*(p_bp),u^*(p_bp),y^*(p_bp)}。對于目標(biāo)負(fù)荷p_tp，通過求解以下

$\begin{array}{cc}\underset{u}{\min }& k_1{F}_{HPA}+k_2{F}_{MA}+k_3{F}_{TA}\end{array}$

s.t.f(x,u,y,p(t))＝0

g(x,u,y,p(t))≤0

p(t)＝p_bp+t(p_tp-p_bp)

p_tp＝{F_GOX,F_LIN}

一系列同倫問題實現(xiàn)：

(1)令t₀＝0,t＝1，{x₀,u₀,y₀}＝{x^*(p_bp),u^*(p_bp),y^*(p_bp)}.；

(2)以{x₀,u₀,y₀}為初值，求解上訴同倫優(yōu)化問題，

(3)若優(yōu)化問題以最優(yōu)值{x^*(p(t)),u^*(p(t)),y^*(p(t))}收斂，則跳到步驟4；否則,令t＝t₀+(t-t₀)/d，然后跳到步驟2；

(4)若t<1,設(shè)置{x₀,u₀,y₀}＝{x^*(p(t)),u^*(p(t)),y^*(p(t))},t₀＝t，t＝1；否則,以最優(yōu)值{x^*(p(t)),u^*(p(t)),y^*(p(t))}結(jié)束。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于氧氮精餾外壓縮空分設(shè)備的快速變負(fù)荷優(yōu)化控制方法，其特征在于所述預(yù)測控制模塊采用一個大控制器的結(jié)構(gòu)，覆蓋整個空分設(shè)備，包括空壓機、分子篩、膨脹機、上塔、下塔，解決空分設(shè)備的多變量耦合問題；產(chǎn)品流量既是控制器的被控變量，又是控制器的被控變量，使得控制器能夠根據(jù)設(shè)備的當(dāng)前工況調(diào)節(jié)變負(fù)荷速度，實現(xiàn)空分設(shè)備的主動物料平衡。