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原油蒸馏装置的非线性模型预测控制方法

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摘要

第一章 绪论

1.1 论文选题目的和意义

1.2 本课题相关领域研究状况

1.2.1 原油蒸馏装置的稳态和动态优化

1.2.2 模型预测控制的研究

1.2.3 预测模型建模方法

1.3 本文主要工作

第二章 原油蒸馏装置的工艺与建模

2.1 引言

2.2 原油的性质和产品的种类及性质

2.2.1 原油的性质

2.2.2 产品的种类及性质

2.3 原油蒸馏装置工艺流程

2.3.1 电脱盐和电脱水

2.3.2 初馏塔

2.3.3 常压蒸馏装置

2.4 原油蒸馏装置的稳态模拟

2.4.1 物性方法和装置模型的选择

2.4.2 原油的模拟

2.4.3 初馏塔的模拟

2.4.4 常压塔的模拟

2.5 原油蒸馏装置的动态模拟

2.6 小结

第三章 基于支持向量回归的原油蒸馏装置预测模型

3.1 引言

3.2 支持向量回归基本原理

3.2.1 支持向量机的基本原理

3.2.2 ε不敏感损失函数、松弛变量和核函数

3.2.3 支持向量回归算法

3.3 基于支持向量回归的建模过程

3.3.1 控制回路匹配的选择

3.3.2 训练数据集的获取

3.3.3 支持向量回归模型的建立

3.4 仿真分析

3.5 小结

第四章 改进的非线性模型预测控制算法及其应用

4.1 引言

4.2 模型预测控制的基本原理

4.2.1 基本组成

4.2.2 非线性模型预测控制的数学表达

4.3 改进的非线性模型预测控制

4.4 经济模型预测控制

4.6 仿真

4.6.1 ITC的仿真模拟

4.6.2 EoTC的仿真模拟

4.7 小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介

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摘要

原油蒸馏装置是炼油工业中第一道也是极为重要的一道工序,原油蒸馏装置不仅为下游工序提供了多种的生产原料同时也是炼油工业中能耗最大的装置之一。因此,提高原油蒸馏装置的控制性能以及增加过程的经济收益对于石化企业的长期运行而言是至关重要的。为了提升原油蒸馏装置的动态性能和经济效益,本文主要完成了以下工作:
  首先分析了原油蒸馏装置的主要工艺流程、原油的性质以及各种产品的性质,并且使用Aspen仿真模拟软件对某原油蒸馏装置进行了稳态模拟和动态模拟。
  模型预测控制方法的有效性很大一部分取决于预测模型的好坏。因此为了获得有效的预测模型同时降低模型的复杂程度,本文采用了基于支持向量回归的预测模型来描述原油蒸馏装置的动态特性,其形式简单并且有良好的预测效果。
  考虑到现有模型预测控制方法面对原油蒸馏装置强耦合特性所表现出的缺陷,本文提出了一种带有耦合权重因子的改进的非线性模型预测控制算法提升了非线性模型预测控制在原油蒸馏装置上的控制性能。
  为了解决PID控制器无法直接考虑经济效益这一问题,本文给出了一种带有经济指标的非线性模型预测控制算法,在保证控制性能的前提下实现了经济效益的提升。本文通过多个仿真实验验证了改进的非线性模型预测控制算法和经济模型预测控制算法的有效性。

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