專利名稱：一種基于打靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法
技術領域：
本發(fā)明屬于信息技術領域，涉及到一種優(yōu)化技術，特別是涉及一種基于自適應打 靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法。
背景技術：
聚合過程的牌號切換是指將聚合物生產(chǎn)裝置從一組生產(chǎn)工藝切換到另一組生產(chǎn) 工藝的過程，一種牌號對應一種規(guī)格的聚合物產(chǎn)品。由于現(xiàn)代社會對聚合物產(chǎn)品的需求十 分旺盛，對產(chǎn)品多樣化有著較高的要求，為滿足市場需求和經(jīng)濟利益的最大化，企業(yè)都會在 生產(chǎn)聚合物的過程中頻繁地進行牌號切換。而牌號切換的過程不可避免地會產(chǎn)生不合格的 過渡產(chǎn)品。通過尋找最優(yōu)切換軌跡，使得切換過程過渡產(chǎn)品數(shù)量最少、過渡時間最短，這就 是牌號切換過程的軌跡優(yōu)化問題。而牌號切換軌跡優(yōu)化問題十分復雜，涉及微分與代數(shù)方 程的混合求解，涉及動態(tài)優(yōu)化技術，傳統(tǒng)方法求解十分困難。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目標是針對現(xiàn)有的技術的不足之處，提供一種聚合過程牌號切換過程的 軌跡優(yōu)化方法，具體是基于自適應打靶技術，提高牌號切換過程軌跡優(yōu)化的可行性和高效 性。本發(fā)明方法采用了自適應技術、動態(tài)優(yōu)化技術、數(shù)值分析技術、數(shù)值求解技術、計 算機技術等手段，具體步驟是步驟(1)建立聚合過程牌號切換的通用軌跡優(yōu)化模型，包括切換時間最短模型和 不合格產(chǎn)品最小量模型；無論是哪種聚合過程，其牌號切換優(yōu)化模型的目標函數(shù)都包含切換時間的最短， 或是不合格產(chǎn)品的產(chǎn)量最小。根據(jù)具體情況選擇控制變量，并且給出約束條件，對初始牌號 和目標牌號的規(guī)格進行約束。
所述的切換時間最短模型表示為 Min{tgt}
所述的不合格產(chǎn)品最小量模型表示為 Mm{ [p(x(t), u(t), t) — Ptarget f dt}
g(x(tgt)，u(tgt)，tgt) <= 0其中，tgt表示切換時間、p表示切換過程中任一時刻的產(chǎn)品指標、ptarger表示目標 牌號的產(chǎn)品指標，x表示狀態(tài)變量、u表示控制變量、t表示時間常數(shù)，Min表示最小，f表示 狀態(tài)函數(shù)，g表示約束條件，即對初始牌號或者目標牌號的產(chǎn)品指標提出要求；步驟(2)將建立的切換時間最短模型和不合格產(chǎn)品最小量模型合并為以下動態(tài) 軌跡優(yōu)化模型 — = f(x{t),u{t\t) atg(x(tgt)，u(tgt)，t) <= 0其中，J表示目標函數(shù)。動態(tài)軌跡優(yōu)化模型本質上是微分代數(shù)方程問題。步驟(3)將動態(tài)軌跡優(yōu)化模型采用自適應打靶技術進行軌跡優(yōu)化。自適應打靶技 術是將單打靶技術與多點打靶技術進行結合，具體步驟包括a.調用單打靶技術求得結果，提供給多點打靶技術作為其初值；b.在給定的初值基礎上，采用多點打靶技術求得可行解；c.在可行解的基礎上，利用單打靶技術進行計算。如果找到最優(yōu)解，迭代結束；否 則返回到第a.步，重新循環(huán)。所述單打靶技術的步驟包括1)將切換時間tgt平均分割成n個區(qū)間段，n表示總的區(qū)間個數(shù)；2)將狀態(tài)變量x通過現(xiàn)有的歐拉積分方法從切換過程的初始0時刻積分到結束時 刻tgt，得到下面的穩(wěn)態(tài)模型Min{J(x(t),u(t),t)}s. t.X = f(x(t), U(t), t)dtg(x(tgt)，u(tgt)，tgt) <= 03)穩(wěn)態(tài)模型采用現(xiàn)有的非線性規(guī)劃方法求解，得到可行解。所述多點打靶技術的步驟包括1)將切換時間tgt上平均分割成n個區(qū)間段；2)將狀態(tài)變量x在每個區(qū)間段，按現(xiàn)有的歐拉積分方法，從區(qū)間段的始端積分到 末端；3)添加一組代數(shù)方程約束y 將狀態(tài)變量x在每一區(qū)間的末端值與下一區(qū)間的始 端值要相等；4)從而得到穩(wěn)態(tài)模型 s. t.
x = \ f u(t), t)dty (x (t)，u (t)，t) =0g(x(tgt)，u(tgt)，tgt) <= 0其中tk表示n個區(qū)間段中第k個區(qū)間的開始時亥lj，tk+1表示第k+1個區(qū)間的開始 時刻，k表示區(qū)間序號；5)穩(wěn)態(tài)模型采用現(xiàn)有的非線性規(guī)劃方法求解，得到可行解。自適應打靶技術結合了單打靶技術和多點打靶技術的優(yōu)點，摒棄了各自的缺點。 單打靶技術的優(yōu)點在于比較容易收斂，但求解的速度相對緩慢；而多點打靶技術的優(yōu)點是 收斂速度相對較快，但同時由于變量全部離散化，造成問題維度的膨脹，收斂比較困難。而自適應打靶技術一直循環(huán)地要求單打靶技術提供好的初值給多打靶技術求解， 既利用了單打靶技術收斂容易的特點，也利用了多點打靶技術求解快速的特點。因此，這種 基于自適應打靶技術的軌跡優(yōu)化算法極大地提高了求解的可行性和高效性。步驟(4)將得到的切換過程中的控制變量計算結果提供給聚合物生產(chǎn)現(xiàn)場控制 裝置，控制裝置根據(jù)該控制策略對現(xiàn)場生產(chǎn)裝置進行控制調節(jié)。本發(fā)明方法通過現(xiàn)場調節(jié)和實施，能極大地縮短牌號切換過程的過渡時間，減少 切換過程中不合格中間產(chǎn)品的生成，解決牌號切換過程的后顧之憂。這樣，生產(chǎn)企業(yè)能在連 續(xù)的生產(chǎn)過程中進行牌號切換，而不需要先停車、再開車到新的牌號，減少了物料和能源的 浪費。從而在經(jīng)濟和能源利于最大化的基礎上，滿足了市場對不同產(chǎn)品牌號的需求。
具體實施例方式一種基于打靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法采用了自適應技術、動態(tài)優(yōu) 化技術、數(shù)值分析技術、數(shù)值求解技術、計算機技術等手段，具體步驟是步驟(1)建立聚合過程牌號切換的通用軌跡優(yōu)化模型，包括切換時間最短模型和 不合格產(chǎn)品最小量模型。

所述的切換時間最短模型表示為
所述的不合格產(chǎn)品最小量模型表示為
其中，tgt表示切換時間、p表示切換過程中任一時刻的產(chǎn)品指標、ptarger表示目標牌號的產(chǎn)品指標，x表示狀態(tài)變量、u表示控制變量、t表示時間常數(shù)，Min表示最小，f表示 狀態(tài)函數(shù)，g表示約束條件，即對初始牌號或者目標牌號的產(chǎn)品指標提出要求。步驟(2)將建立的切換時間最短模型和不合格產(chǎn)品最小量模型合并為以下動態(tài) 軌跡優(yōu)化模型Min{J {x{t)Mt\t)}s. t.— = f (x(t),u(t),t) dtg(x(tgt)，u(tgt)，t) <= 0其中，J表示目標函數(shù)。步驟(3)將動態(tài)軌跡優(yōu)化模型采用自適應打靶技術進行軌跡優(yōu)化。自適應打靶技 術是將單打靶技術與多點打靶技術進行結合，具體步驟包括a.調用單打靶技術求得結果，提供給多點打靶技術作為其初值；b.在給定的初值基礎上，采用多點打靶技術求得可行解；c.在可行解的基礎上，利用單打靶技術進行計算。如果找到最優(yōu)解，迭代結束；否 則返回到第a.步，重新循環(huán)。其中，單打靶技術的步驟包括1)將切換時間tgt平均分割成n個區(qū)間段，n表示總的區(qū)間個數(shù)；2)將狀態(tài)變量x通過現(xiàn)有的歐拉積分方法從切換過程的初始0時刻積分到結束時 刻tgt，得到下面的穩(wěn)態(tài)模型 s. t.x = /(x(t), u(t), t)dtg(x(tgt)，u(tgt)，tgt) <= 03)穩(wěn)態(tài)模型采用現(xiàn)有的非線性規(guī)劃方法求解，得到可行解。多點打靶技術的步驟包括1)將切換時間tgt上平均分割成n個區(qū)間段；2)將狀態(tài)變量x在每個區(qū)間段，按現(xiàn)有的歐拉積分方法，從區(qū)間段的始端積分到 末端；3)添加一組代數(shù)方程約束y 將狀態(tài)變量x在每一區(qū)間的末端值與下一區(qū)間的始 端值要相等；4)從而得到穩(wěn)態(tài)模型 s. t. y(x(t)，u(t)，t) =0
g(x(tgt)，u(tgt)，tgt) <= 0其中tk表示n個區(qū)間段中第k個區(qū)間的開始時刻，tk+1表示第k+1個區(qū)間的開始 時刻，k表示區(qū)間序號；5)穩(wěn)態(tài)模型采用現(xiàn)有的非線性規(guī)劃方法求解，得到可行解。步驟(4)將得到的切換過程中的控制變量計算結果提供給聚合物生產(chǎn)現(xiàn)場控制 裝置，控制裝置根據(jù)該控制策略對現(xiàn)場生產(chǎn)裝置進行控制調節(jié)。
權利要求
一種基于打靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法，其特征在于該方法的具體步驟是步驟(1)建立聚合過程牌號切換的通用軌跡優(yōu)化模型，包括切換時間最短模型和不合格產(chǎn)品最小量模型；所述的切換時間最短模型表示為 <mrow><munder> <mi>Min</mi> <mi>u</mi></munder><mo>{</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>gt</mi></msub><mo>}</mo> </mrow>s.t. <mrow><mfrac> <mi>dx</mi> <mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>g(x(tgt)，u(tgt)，tgt)＜＝0所述的不合格產(chǎn)品最小量模型表示為 <mrow><munder> <mi>Min</mi> <mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>gt</mi></msub> </mrow></munder><mo>{</mo><msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mn>0</mn> <msub><mi>t</mi><mi>gt</mi> </msub></msubsup><msup> <mrow><mo>[</mo><mi>p</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><msub> <mi>p</mi> <mrow><mi>t</mi><mi>arg</mi><mi>et</mi> </mrow></msub><mo>]</mo> </mrow> <mn>2</mn></msup><mi>dt</mi><mo>}</mo> </mrow>s.t. <mrow><mfrac> <mi>dx</mi> <mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>g(x(tgt)，u(tgt)，tgt)＜＝0其中，tgt表示切換時間、p表示切換過程中任一時刻的產(chǎn)品指標、ptarget表示目標牌號的產(chǎn)品指標，x表示狀態(tài)變量、u表示控制變量、t表示時間常數(shù)，Min表示最小，f表示狀態(tài)函數(shù)，g表示約束條件；步驟(2)將建立的切換時間最短模型和不合格產(chǎn)品最小量模型合并為以下動態(tài)軌跡優(yōu)化模型 <mrow><munder> <mi>Min</mi> <mrow><mi>u</mi><mo>,</mo><msub> <mi>t</mi> <mi>gt</mi></msub> </mrow></munder><mo>{</mo><mi>J</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>}</mo> </mrow>s.t. <mrow><mfrac> <mi>dx</mi> <mi>dt</mi></mfrac><mo>=</mo><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow>g(x(tgt)，u(tgt)，t)＜＝0其中，J表示目標函數(shù)；步驟(3)將動態(tài)軌跡優(yōu)化模型采用自適應打靶技術進行軌跡優(yōu)化，具體是a.首先調用單打靶技術求得結果，提供給多點打靶技術作為其初值；b.然后在給定的初值基礎上，采用多點打靶技術求得可行解；c.在可行解的基礎上，利用單打靶技術進行計算如果找到最優(yōu)解，則迭代結束；如果沒有找到最優(yōu)解，則返回到步驟a，重新循環(huán)；步驟(4)將得到的切換過程中的控制變量計算結果提供給聚合物生產(chǎn)現(xiàn)場控制裝置，控制裝置根據(jù)該控制策略對現(xiàn)場生產(chǎn)裝置進行控制調節(jié)。
2.如權利要求1所述的一種基于打靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法，其特征 在于步驟(3)中所述的單打靶技術的步驟為1)將切換時間tgt平均分割成η個區(qū)間段，η表示總的區(qū)間個數(shù)；2)將狀態(tài)變量χ通過現(xiàn)有的歐拉積分方法從切換過程的初始O時刻積分到結束時刻 tgt，得到下面的穩(wěn)態(tài)模型 3)穩(wěn)態(tài)模型采用現(xiàn)有的非線性規(guī)劃方法求解，得到可行解。
3.如權利要求1所述的一種基于打靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法，其特征 在于步驟(3)中所述的多點打靶技術的步驟為1)將切換時間tgt上平均分割成η個區(qū)間段；2)將狀態(tài)變量χ在每個區(qū)間段，按現(xiàn)有的歐拉積分方法，從區(qū)間段的始端積分到末端；3)添加一組代數(shù)方程約束y將狀態(tài)變量χ在每一區(qū)間的末端值與下一區(qū)間的始端值 要相等；4)從而得到穩(wěn)態(tài)模型 其中tk表示η個區(qū)間段中第k個區(qū)間的開始時刻，tk+1表示第k+Ι個區(qū)間的開始時刻， k表示區(qū)間序號；5)穩(wěn)態(tài)模型采用非線性規(guī)劃方法求解，得到可行解。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于打靶技術的聚合過程牌號切換軌跡優(yōu)化方法。傳統(tǒng)牌號切換過程的軌跡優(yōu)化計算十分困難。本發(fā)明方法首先建立聚合過程牌號切換的通用軌跡優(yōu)化模型并合并為動態(tài)軌跡優(yōu)化模型，然后將動態(tài)軌跡優(yōu)化模型采用自適應打靶技術進行軌跡優(yōu)化，對現(xiàn)場生產(chǎn)裝置進行控制調節(jié)。其中自適應打靶技術是首先調用單打靶技術求得結果，提供給多點打靶技術作為其初值，然后在給定的初值基礎上，采用多點打靶技術求得可行解，如果找到最優(yōu)解，則迭代結束，否則重新循環(huán)。本發(fā)明方法采用兩種不同的打靶策略，極大地增強了軌跡優(yōu)化方法的可行性和高效性，可以有效地減少聚合過程牌號切換過程中不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，并減小切換時間。
文檔編號G05B13/04GK101846976SQ20101017646
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月18日 優(yōu)先權日2010年5月18日
發(fā)明者李春富, 葛銘, 鄭小青, 鄭松, 魏江 申請人:杭州電子科技大學