一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法与流程

技术特征：
1.一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，对化工过程装置的被控变量和操作变量进行约束判定与调整，得到被控变量和操作变量所构成的可行域，根据可行域对操作变量和被控变量实现对化工过程的控制，包括以下步骤：可行性判定与软约束调整初始化：根据化工过程装置的控制要求，设定用于表示化工过程装置执行机构控制量的操作变量和用于反馈化工过程装置状态信息的被控变量的稳态上下限约束条件，以及被控变量约束条件优先级级别；硬约束可行性判定：根据操作变量和被控变量稳态上下限约束条件以及被控变量约束条件优先级级别判定在稳态上下限约束条件中的硬约束条件下被控变量是否可以继续优化，如果是，则进行下一步，否则，重新进行可行性判定与软约束调整初始化；逐级软约束调整并固化：按照优先级升序逐级进行可行性判定与软约束调整，在每一优先级调整结束后固化放松的软约束为硬约束，得到当前优先级最优松弛变量；确定稳态优化可行域：完成所有优先级可行性判定与软约束调整后，根据所有的优先级最优松弛变量，得到系统稳态优化可行域，进而根据可行域对化工过程装置被控变量和操作变量进行控制。2.根据权利要求1所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述操作变量包括：用于控制进料温度的执行机构控制量、用于控制料回流流量的执行机构控制量；被控变量包括：化工过程装置监测到的反馈信息，包括炉膛压力、搅拌槽液位、反应产物浓度。3.根据权利要求1所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述可行性判定与软约束调整初始化包括：1)设定所有操作变量和被控变量稳态上下限软约束与硬约束，即u
ss
，δu
ss
，y
ss,s
，y
ss,h
；其中u代表操作变量，δu代表操作变量增量，y代表被控变量；下角标ss代表稳态，s代表软约束，h代表硬约束；上标代表上限，下标
·
代表下限；2)设定所有被控变量硬约束和软约束优先级，即其中上角标r表示优先级级别，r＝1,2,
…
,n，n为优先级最大级别。4.根据权利要求1所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述硬约束可行性判定具体为：δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)(k)(k)其中，u(k-1)代表k-1时刻的操作变量值；y
ss
(k-1)代表k-1时刻的被控变量稳态值；δu
ss
(k)、δy
ss
(k)和δd
ss
(k)分别代表操作变量、被控变量和扰动变量稳态增量；g
u,ss
和g
d,ss
分别代表操作变量和稳态变量的稳态增益矩阵；u
ss
，y
ss,h
，和δu
ss
分别代表操作变量、被控变量、操作变量增量稳态约束上下限；下角标ss代表稳态，h代表硬约束；当上述硬约束条件限制下可行域即δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)和三组变量
上下界约束所构成的区域不为空集时，则在稳态上下限约束条件中的硬约束条件下被控变量是可以继续优化，否则，不能继续优化。5.根据权利要求1所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，逐级软约束调整包括：优先级级别r＝1的软约束调整，得到优先级级别r＝1的最优松弛变量上限和最优松弛变量下限优先级级别1＜r＜n的软约束调整，依次得到优先级级别r＝2,3,
…
,n-1的最优松弛变量上限和最优松弛变量下限优先级级别r＝n的软约束调整，得到优先级级别r＝n的最优松弛变量上限和最优松弛变量下限6.根据权利要求5所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述r＝1的软约束调整具体为：s.t.δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)(k)(k)(k)(k)(k)其中，j1为优化目标函数，和分别为当前优先级上下界松弛变量权重系数，j表示优先级级别，上角标1表示优先级为第1级。7.根据权利要求5所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述1＜r＜n的软约束调整具体为：s.t.δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)(k)(k)(k)(k)(k)
其中，i，j分别表示优先级级别，上角标r表示优先级为第r级。8.根据权利要求5所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述r＝n的软约束调整具体为：s.t.δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)(k)(k)(k)(k)(k)其中，i表示优先级级别，上角标n表示优先级为第n级。9.根据权利要求1所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，逐级软约束固化包括：在每一级软约束调整过程中，已完成的软约束通过下式固化为硬约束，其中，上角标i代表约束变量优先级级别，*代表最优值；最优固化约束和为硬约束，由软约束调整后得到的最优决策松弛变量和确定，即：确定，即：其中，下角标s表示软约束。10.根据权利要求1所述的一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，其特征在于，所述确定稳态优化可行域具体为：δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)(k)(k)由上述公式中的模型约束δy
ss
(k)＝g
u,ss
δu
ss
(k) g
d,ss
δd
ss
(k)和三组变量上下界约束构成稳态优化可行域；进而根据可行域，实现化工过程装置被控变量与操作变量的控制。

技术总结
本发明涉及过程工业控制领域，具体是一种面向化工的优先级升序可行性判定与软约束调整方法，包括以下步骤：可行性判定与软约束调整初始化；硬约束可行性判定；逐级软约束调整并固化；确定稳态优化可行域。本发明针对化工过程现有优先级升序可行性判定与软约束调整的不完备性问题，在每一优先级下，同时引入所有优先级的硬约束以及当前优先级的软约束进行判定及调整，而后逐级完成直至所有优先级均实现可行性判定与软约束调整。该发明解决了现有优先级升序策略的不完备性，可有效提高相关过程控制工业软件的稳定性和可靠性，进而为相关化工过程的稳定操作运行提供保障。关化工过程的稳定操作运行提供保障。关化工过程的稳定操作运行提供保障。


技术研发人员：王景杨 邹涛 刘建帮 陆云松 张鑫 孙威 魏来星
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：2020.07.07
技术公布日：2022/1/10