一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法
【專利說明】一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及聚合反應的技術領域，特別是聚乙烯反應生成過程中溫度控制方法的
技術領域。 【【背景技術】】
[0002] 聚合過程是在聚合反應釜內，在分散劑、緩沖劑、鏈轉移劑、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。聚乙烯反應系統(tǒng)主要由聚合反應器、循環(huán)氣冷卻器和循環(huán)氣壓縮機組成。反應 循環(huán)氣體在壓縮機的作用下，連續(xù)經(jīng)過被硫化的樹脂反應床和冷卻器，同時帶走反應產(chǎn)生 的熱量。冷卻器是單程殼式換熱器，氣體走管程，調溫水走殼層。聚合反應在硫化床反應器 中進行，反應用料乙烯、氫氣、T 2、C2、C4及其共聚單體從反應器底部加入，一部分轉化為聚乙 烯，大部分單體和共聚單體從反應器頂部作為循環(huán)氣又返回到反應器。循環(huán)冷卻器的調溫 水由水栗打入，從循環(huán)冷卻器出來的調溫水帶出大量的熱量。反應器的出料包含兩路:一路 排出料粉進入出料缸，另一路從反應器頂部排出參與循環(huán)反應。
[0004] 為了提高溫度的動靜態(tài)控制品質，減少反應器溫度的波動；同時也為了克服催化 劑進料的干擾，本發(fā)明提出一種前饋-反饋結構的MPC控制方案，使反應溫度穩(wěn)定在設定值 水平。預測控制是70年代后期產(chǎn)生的一類新型計算機控制算法，這類算法以對象的階躍或 脈沖響應為模型，采用滾動優(yōu)化推移對的方式在線地對過程實現(xiàn)優(yōu)化控制，在復雜的工業(yè) 過程中顯現(xiàn)出良好的控制性能。 【
【發(fā)明內容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的就是解決現(xiàn)有技術中的問題，提出一種聚乙烯反應過程溫度的控制 方法，可以明顯減小反應過程溫度的方差，有效地提高過程系統(tǒng)的控制精度，并且易于實現(xiàn) 計算機控制。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法，所述控制 方法利用預測控制MPC和前饋-反饋控制的形式對聚乙烯反應過程的溫度進行跟蹤控制，具 體步驟包括：
[0007] (a)主控建模:建立調溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機理模型，調溫水量作為操作變 量，循環(huán)氣進入反應器的溫度作為被控變量；
[0008] (b)前饋建模:建立催化劑進量與反應器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)K。疊加到 MPC主控制器上；
[0009] (c)線性處理:在不同工作點處，對主控模型進行線性化，得到調溫水量與循環(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，動態(tài)響應測試，得到模型系數(shù)&1，&2.....a N，仿真調 優(yōu)確定其他參數(shù)；
[0011] (e)優(yōu)化計算:通過預測控制MPC算法對聚乙烯反應過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控 制調溫水的流量，進而控制反應過程的溫度。
[0012] 作為優(yōu)選，所述(a)步驟中，采用的是MPC算法，調溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機理 模型通過脈沖響應的值來確定，需要符合實際生產(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 型的關系分析之后確定比例系數(shù)K。的值，并應具體考量催化劑的種類、硫化床反應器。
[0014] 作為優(yōu)選，所述(e)步驟中，優(yōu)化計算的具體過程參照具體實施過程部分中的預測 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)明一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法在工作過程中， 通過將預測控制與前饋-反饋控制結合的方法進行聚乙烯反應過程的溫度控制。在通過機 理建模、得到系統(tǒng)模型的情況下，結合預測控制可用于時變、時滯以及非線性系統(tǒng)的控制的 特點，可以方便的處理控制量、操作工況、裝置上下限等約束;對可測擾動一一催化劑加料 量采用前饋控制及時消除對系統(tǒng)的影響，大大減小了反應器溫度的波動，使裝置運行在經(jīng) 濟合理的位置，提高產(chǎn)品的質量和產(chǎn)量，降低了能耗；同時，裝置的平穩(wěn)運行節(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)點將通過實施例結合附圖進行詳細說明。 【【附圖說明】】
[0017] 圖1是本發(fā)明一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法的控制框圖；
[0018] 圖2是本發(fā)明一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法的流程工藝圖。 【【具體實施方式】】
[0019]參閱圖1和圖2,本發(fā)明一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法，具體步驟包括：
[0020]步驟一、建立調溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機理模型，調溫水量作為操作變量，循 環(huán)氣進入反應器的溫度作為被控變量；
[0021]步驟二、建立催化劑進量與反應器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)K。疊加到MPC主 控制器上；
[0022]步驟三、在不同工作點處，對主控模型進行線性化，得到調溫水量與循環(huán)氣溫度之 間的線性模型；
[0023]步驟四、選取采樣周期T，動態(tài)響應測試，得到模型系數(shù)&1，&2.....a N，仿真調優(yōu)確 定其他參數(shù)；
[0024] 步驟五、通過預測控制MPC算法對聚乙烯反應過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控制調溫 水的流量，進而控制反應過程的溫度。
[0025]其中預測控制MPC算法的主要過程為：
[0026] 基于聚乙烯反應對象的脈沖響應：
[0027] 1、主控過程的預測模型
[0028]線性對象，其單位脈沖響應的采樣值gl. . .g> ..，離散卷積公式可以寫出：
i其中u，y分別是輸入量、輸出量相對于穩(wěn)定工作點的偏移量。漸 進穩(wěn)定的對象，.，3iV，使?ν=ΝΤ。
[0029] 因此，對象的動態(tài)特性可以用一個有限卷積的預測模型表示：
[0030]
[0032] 2、參考軌跡
[0033] MPC中，期望輸出是從現(xiàn)實實際輸出溫度y(k)出發(fā)向設定值溫度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、滾動優(yōu)化
[0037] MPC中，k時刻的優(yōu)化目標是使未來Ρ個時刻的預測輸出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：
[0038]
[0039]預測模型輸出值yP:閉環(huán)預測
[0040]
，其中y(k)為實際輸出值。
[0041 ] 偏導
，得到：
[0042]
[0043] 本發(fā)明工作過程：
[0044]本發(fā)明一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法在工作過程中，通過將預測控制與前 饋-反饋控制結合的方法進行聚乙烯反應過程的溫度控制。在通過機理建模、得到系統(tǒng)模型 的情況下，結合預測控制可用于時變、時滯以及非線性系統(tǒng)的控制的特點，可以方便的處理 控制量、操作工況、裝置上下限等約束;對可測擾動一一催化劑加料量采用前饋控制及時消 除對系統(tǒng)的影響，大大減小了反應器溫度的波動，使裝置運行在經(jīng)濟合理的位置，提高產(chǎn)品 的質量和產(chǎn)量，降低了能耗；同時，裝置的平穩(wěn)運行節(jié)省了高昂的催化劑，減小了非正常的 停車次數(shù)。
[0045]上述實施例是對本發(fā)明的說明，不是對本發(fā)明的限定，任何對本發(fā)明簡單變換后 的方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法，其特征在于:所述控制方法利用預測控制MPC 和前饋-反饋控制的形式對聚乙烯反應過程的溫度進行跟蹤控制，具體步驟包括： (a) 主控建模:建立調溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機理模型，調溫水量作為操作變量， 循環(huán)氣進入反應器的溫度作為被控變量； (b) 前饋建模:建立催化劑進量與反應器過程溫度的模型，通過比例系數(shù)K。疊加到MPC主 控制器上； (c) 線性處理:在不同工作點處，對主控模型進行線性化，得到調溫水量與循環(huán)氣溫度 之間的線性模型； (d) 參數(shù)確定:選取采樣周期T，動態(tài)響應測試，得到模型系數(shù)&1，&2……a N，仿真調優(yōu)確 定其他參數(shù)； (e) 優(yōu)化計算:通過預測控制MPC算法對聚乙烯反應過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控制調 溫水的流量，進而控制反應過程的溫度。2. 如權利要求1所述的一種聚乙烯反應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，調溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機理模型通過脈沖響應的值來確 定，需要符合實際生產(chǎn)過程或者分析歷史數(shù)據(jù)，并不一定為單位脈沖。3. 如權利要求1所述的一種聚乙烯反應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、與主控模型的關系分析之后確定比例系 數(shù)K。的值，并應具體考量催化劑種類、硫化床反應器。4. 如權利要求1所述的一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法，其特征在于:所述(e)步 驟中，優(yōu)化計算的具體過程參照具體實施過程部分中的預測控制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溫水量的大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚乙烯反應過程溫度的控制方法，具體步驟包括：(a)主控建模：建立調溫水量與循環(huán)氣溫度之間的機理模型，調溫水量作為操作變量，循環(huán)氣進入反應器的溫度作為被控變量；(b)前饋建模：建立催化劑進量與反應器過程溫度的模型，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)化計算：通過預測控制MPC算法對聚乙烯反應過程的溫度經(jīng)行迭代求解，控制調溫水流量，進而控制反應過程的溫度。本發(fā)明可測擾動—催化劑加料量采用前饋控制及時消除對系統(tǒng)的影響，減小反應器溫度的波動，使裝置運行在經(jīng)濟合理位置，提高產(chǎn)品質量和產(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】CN105607481
【申請?zhí)枴緾N201610046061
【發(fā)明人】王嫣俐
【申請人】王嫣俐
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年1月25日