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基于全周期缓慢结垢的多效蒸发海水淡化慢时变系统优化设计

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化工学报 2022年第2期73卷 759-769页

作者：王天媛陈春波孙琳罗雄麟中国石油大学(北京)信息科学与工程学院自动化系北京102249

多效蒸发(MED)是最主要的海水淡化方法之一,作为典型的慢时变系统,该系统在长期运行的过程中,往往会由于结垢导致蒸发器传热效率降低,造成减产甚至停工。为避免出现这种问题,工艺设计者会采取冗余设计,增大传热面积,这会导致设备投资的... 详细信息

多效蒸发(MED)是最主要的海水淡化方法之一,作为典型的慢时变系统,该系统在长期运行的过程中,往往会由于结垢导致蒸发器传热效率降低,造成减产甚至停工。为避免出现这种问题,工艺设计者会采取冗余设计,增大传热面积,这会导致设备投资的显著增加。为保证MED系统能够全周期运行,且尽可能减少总传热面积,提出了一种全周期优化设计方法。该方法以总传热面积最小为目标,对决策变量在整个周期内进行分段优化,同时考虑结垢过程、工艺变化以及控制方面的需求,对各效传热面积进行裕量设计,通过一步优化求解得到最优操作条件与最小传热面积,实现对慢时变系统的优化设计。最后,以八效MED海水淡化装置为例,同时用等面积法、等温差法、稳态优化设计方法以及全周期优化设计方法对系统进行设计。结果表明,全周期优化设计方法能够最大限度减少传热面积,大大降低了系统的设备投资,是一种有着良好应用前景的多效蒸发海水淡化系统优化设计方法。

关键词：海水淡化多效蒸发裕量设计全周期优化设计慢时变

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混合网络在慢时变系统中的应用

华北电力大学学报（自然科学版） 2007年第1期34卷 67-69页

作者：周珂珂谷俊杰华北电力大学能源与动力工程学院河北保定071003

针对工业慢时变系统非线性、调节时间长、参数难以用常规PID控制方法整定等的特点,提出了一种混合神经网络参数自整定复合控制方案。将BP网络和PID结合起来充当系统的控制器,实现PID参数的自整定,RBF网络充当辨识器,实现对受控对象模型... 详细信息

针对工业慢时变系统非线性、调节时间长、参数难以用常规PID控制方法整定等的特点,提出了一种混合神经网络参数自整定复合控制方案。将BP网络和PID结合起来充当系统的控制器,实现PID参数的自整定,RBF网络充当辨识器,实现对受控对象模型的辨识。仿真结果表明,该系统具有较好的性能。

关键词：慢时变混合神经网络辨识器参数自整定

基于多元统计方法的慢时变间歇过程监测方法研究

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基于多元统计方法的慢时变间歇过程监测方法研究

作者：徐莹东北大学

学位级别：硕士

间歇生产过程是现代工业生产中一种重要的生产方式,其产品与人们的生活息息相关。为了能够及时处理异常工况、保证间歇过程安全稳定运行,有必要对间歇过程进行监测。在诸如催化剂钝化、设备磨损、传感器漂移等因素影响下,实际的间歇工... 详细信息

间歇生产过程是现代工业生产中一种重要的生产方式,其产品与人们的生活息息相关。为了能够及时处理异常工况、保证间歇过程安全稳定运行,有必要对间歇过程进行监测。在诸如催化剂钝化、设备磨损、传感器漂移等因素影响下,实际的间歇工业过程中普遍存在着慢时变行为,这种行为属于正常过程运行状况,不会影响过程安全或是产品质量,所以需要监测系统能够区分慢时变行为与过程故障。此外,这种批次间的慢时变行为会导致模型失配问题,引起故障的误报和漏报。因此,慢时变行为给间歇过程建模和在线监测带来了很大的挑战。本文在深入分析间歇过程的慢时变行为特性的基础上,结合多元统计分析方法,对慢时变间歇过程监测进行了相关研究:本文采用多向偏最小二乘算法(MPLS)建立慢时变特性预估模型。通过间隔一定批次的两个不同间歇过程数据做差分获得批次间的差分矩阵,提取了由慢时变行为导致的批次间的差异。通过该差分矩阵的数据信息服从的统计规律,建立了基于MPLS的预估模型,实现了慢时变行为的在线预估。同时,利用预估结果,对在线监测数据进行数据补偿,去除慢时变行为对过程监测数据的影响。为了避免慢时变行为对过程监测的不良影响,本文提出一种基于数据补偿的间歇过程监测方法。结合多向主元分析(MPCA)处理高维、高度耦合数据的优势,建立了基于MPCA的监测模型,通过该模型提取过程的统计规律、获得统计变量的控制限。在进行在线监测时,首先利用由慢时变特性模型获得的慢时变信息补偿待监测数据。该监测方法提高了慢时变过程的过程监测能力,保证了过程监测模型的准确性和鲁棒性。为了验证监测方法的有效性,将该方法应用于青霉素发酵过程。仿真结果表明,本文提出的监测方法可有效地区分慢时变行为与过程故障,能够实现慢时变间歇过程的准确监测。

关键词：间歇过程慢时变多向主元分析多向偏最小二乘过程监测

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基于监测的慢时变对象建模及校正方法的研究

基于监测的慢时变对象建模及校正方法的研究

作者：王冠宇东北大学

学位级别：硕士

参数慢时变现象广泛存在于过程控制、故障诊断等领域,由于慢时变对象的广泛性、复杂性以及从慢时变对象获得信息的局限性,慢时变对象的辨识与在线校正问题已经成为研究的热点问题之一。因此,研究慢时变对象建模与在线校正问题具有重要... 详细信息

参数慢时变现象广泛存在于过程控制、故障诊断等领域,由于慢时变对象的广泛性、复杂性以及从慢时变对象获得信息的局限性,慢时变对象的辨识与在线校正问题已经成为研究的热点问题之一。因此,研究慢时变对象建模与在线校正问题具有重要的理论与实际意义。本文首先对时变系统建模算法和基于数据驱动的过程监测方法的研究现状进行了概述,并较为详细地介绍了偏最小二乘(PLS)建模方法与主元分析(PCA)监测理论。进而本文针对慢时变对象的模型监测问题展开研究,依据慢时变对象的模型特性,选取模型实际输出与预测输出的偏差以及偏差的变化做为PCA的监测变量;并通过大量仿真实验提出了基于T2统计量变化信息的模型监测判别方法。通过仿真实验,验证了对于一般非线性慢时变对象,该监测算法能够在对象的模型误差超限之前监测到模型异常,从而为准确有效地对模型进行校正提供有利的条件。针对常规校正方法的滞后问题,基于对慢时变对象的模型监测的结果,在模型的误差达到阈值之前对模型进行校正,从而提高了校正精度。同时,为进一步减少校正时间,通过提取相邻两次PLS建模之间的信息,提出了针对慢时变对象的校正向量和PLS校正相结合的模型校正方法。该方法利用矩阵相乘代替了PLS建模,不仅减少了模型校正次数,并在保证校正精度的前提下,减少了校正时间。通过仿真实验,验证了本文提出的基于监测的校正向量与PLS相结合的模型校正方法对于一般非线性慢时变对象的有效性。

关键词：慢时变校正监测主元分析偏最小二乘

一类慢时变非线性动力系统中的混合模式振动及其分岔机制

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一类慢时变非线性动力系统中的混合模式振动及其分岔机制

作者：江寒正江苏大学

学位级别：硕士

多时间尺度问题具有极其广泛的工程背景,涉及到科学和工程技术的各个领域,是非线性科学的前沿研究课题和热点问题之一。本文考虑一类特殊的多时间尺度非线性系统,即慢时变下修正的Van der Pol-Duffing电路系统(MADVP),深入探讨因慢时变... 详细信息

多时间尺度问题具有极其广泛的工程背景,涉及到科学和工程技术的各个领域,是非线性科学的前沿研究课题和热点问题之一。本文考虑一类特殊的多时间尺度非线性系统,即慢时变下修正的Van der Pol-Duffing电路系统(MADVP),深入探讨因慢时变的存在而使系统产生的多时间尺度复杂动力学行为,重点揭示了其中的多时间尺度混合模式振动及其产生机理;同时,探讨了慢变激励的振幅和频率的变化对混合模式振动的影响,分析了不同类型的混合模式振动之间演化的动力学机理,并对混合模式振动进行了分类。主要内容如下:首先,探讨了单慢变外激励下的MADVP系统的复杂动力学行为,揭示了由于慢变外激励的存在而使系统产生的两时间尺度混合模式振动及其动力学机理。当快子系统的平衡点失稳时,快子系统可以呈现出两种不同的动力学特性,即所谓的“单稳态”和“双稳态”。探讨了与“单稳态”和“双稳态”相关的混合模式振动:“单稳态”即平衡点吸引子失稳时,快子系统只有一个吸引子,系统的轨线只能向唯一的吸引子进行转迁。而“双稳态”意味着平衡点吸引子失稳时,快子系统有两个共存的吸引子,系统的轨线可以向极限环吸引子或平衡点吸引子转迁。此时,系统轨线的转迁方式取决于吸引子失稳时系统的轨线所处的位置。得到了三类不同类型的混合模式振动,即对称式“delayed supHopf/delayed supHopf”型,对称式“subHopf/fold-cycle”型,以及对称式“subHopf/subHopf”型。其次,针对于含双慢变外激励下的非线性系统,介绍了研究其混合模式振动的一种有效方法。当双慢变外激励的频率比满足一定的条件时,可以引入一个新的慢变量,使得双慢变外激励都能由该慢变量表示,且其表达方式确定,从而将该类含双慢变外激励系统转化为含单慢变量的快慢系统。之后,通过对快慢系统中快子系统的动力学分析,揭示了含双慢变激励的非线性系统的混合模式振动机理。本文以含双慢变外激励的MADVP系统为例,验证了该方法的有效性。从不同共振模式以及不同激励幅值两个角度分析了含双慢变外激励MADVP系统混合模式振动行为及其机理。最后,对硕士期间的研究工作做了阶段性的总结,指出了工作中的几点不足之处,针对于此作者阅读相关文献,了解最新研究动态,以期今后能进一步完善该方向的研究内容。

关键词：混合模式振动多时间尺度慢时变分岔

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对缺失数据慢时变系统参数辨识

工业控制计算机 2016年第1期29卷 111-112,115页

作者：姜瑶蒋珉东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室东南大学自动化学院江苏南京210096

使用输出误差模型来研究带有缺失输出数据系统的参数辨识问题。假定系统是慢时变系统,并且缺失数据是有限的。为了解决这样的问题,基于带有辅助模型的递推最小二乘法,引入可变的加权遗忘因子。此算法具有较强的估计精度,仿真效果验证了... 详细信息

使用输出误差模型来研究带有缺失输出数据系统的参数辨识问题。假定系统是慢时变系统,并且缺失数据是有限的。为了解决这样的问题,基于带有辅助模型的递推最小二乘法,引入可变的加权遗忘因子。此算法具有较强的估计精度,仿真效果验证了算法的有效性。

关键词：缺失数据慢时变参数辨识辅助模型可变遗忘因子

海水淡化系统多效蒸发传热温差全周期渐变优化分析

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化工学报 2022年第12期73卷 5469-5482页

作者：王德宏孙琳罗雄麟中国石油大学(北京)信息科学与工程学院自动化系北京102249

多效蒸发海水淡化技术作为现阶段主流的海水淡化方法,在实际生产过程中工艺设计者都会对蒸发器换热面积进行冗余设计以应对系统的结垢和安全问题。在追求蒸发器冗余换热面积的利用率时,通常会伴随裕量内耗现象。与此同时,常规方法在研... 详细信息

多效蒸发海水淡化技术作为现阶段主流的海水淡化方法,在实际生产过程中工艺设计者都会对蒸发器换热面积进行冗余设计以应对系统的结垢和安全问题。在追求蒸发器冗余换热面积的利用率时,通常会伴随裕量内耗现象。与此同时,常规方法在研究的过程中并未发挥二次蒸汽阀的操作性能,系统的抗干扰能力较差。经过深入探究多效海水淡化系统的温度特性后,发现二次蒸汽阀的全周期操作既能够提高换热面积的利用率和系统的运行效益,又可以避免裕量内耗问题的发生。由此提出蒸发传热温差的全周期渐变优化方法,该方法不仅将运行效益加入系统的裕量缓释优化模型,而且对二次蒸汽阀的控制作用和全周期操作特性加以考虑,形成对系统换热面积的有效监控。最后,以8效海水淡化装置为例,对蒸发传热温差全周期渐变优化方法进行验证。结果表明,该方法能够兼顾系统运行的长短期目标,同时能够增强系统在全周期运行过程中的调控能力,降低各效蒸发器之间的耦合关系,减少裕量内耗的发生和外来驱动蒸汽的消耗,实现慢时变系统的裕量缓释。

关键词：过程系统工程海水淡化慢时变污垢累积裕量缓释优化全周期优化

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发电厂综合型协调控制系统的设计与应用

控制工程 2007年第4期14卷 426-429页

作者：韩忠旭冯健齐小红李英魁考志强中国电力科学研究院电厂自动化研究所北京100085 北京国电智深控制技术有限公司北京100085 东北电力大学能源与机械工程学院吉林吉林132012

采用状态空间统一描述基于增量式函数观测器IFO-KΔx的状态反馈+PID综合型协调控制系统,通过数学分析,给出了控制系统稳定的充分条件。在一台600 MW机组机炉协调控制的工程实践中取得实际效果表明,在协调方式累计降负荷375 MW,机前压力... 详细信息

采用状态空间统一描述基于增量式函数观测器IFO-KΔx的状态反馈+PID综合型协调控制系统,通过数学分析,给出了控制系统稳定的充分条件。在一台600 MW机组机炉协调控制的工程实践中取得实际效果表明,在协调方式累计降负荷375 MW,机前压力从16.5MPa滑压减至13.0 MPa,当负荷指令以18 MW/min和8 MW/min两种速率变化时,实际负荷和机前压力均接近同样的速率达到目标值。这有效地解决了机炉协调受控对象所具有的非线性、参数慢时变、迟滞与大惯性以及耦合等难以控制的问题,证明了该设计方案和理论分析的正确性。

关键词：增量式观测器(IFO-KΔx) 状态反馈机炉协调控制慢时变大惯性大迟滞

多效蒸发海水淡化系统可行域时变分析与全周期操作优化

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化工学报 2021年第11期72卷 5686-5695页

作者：陈春波罗雄麟孙琳中国石油大学(北京)自动化系北京102249

能耗过高制约了多效蒸发(MED)海水淡化技术的大规模应用,稳态操作优化虽然能够有效减少MED系统的短期蒸汽消耗速率,但污垢累积导致该系统在长周期运行时蒸汽消耗量升高和装置减产。为此,首先针对带蒸汽压缩机(TVC)的MED系统(MED-TVC)提... 详细信息

能耗过高制约了多效蒸发(MED)海水淡化技术的大规模应用,稳态操作优化虽然能够有效减少MED系统的短期蒸汽消耗速率,但污垢累积导致该系统在长周期运行时蒸汽消耗量升高和装置减产。为此,首先针对带蒸汽压缩机(TVC)的MED系统(MED-TVC)提出可行域的概念,分析表明操作点在可行域中的位置决定了系统的运行效益。随后通过可行域的时变分析发现操作点超出可行域是稳态优化中系统性能逐渐衰减的原因。最后利用可行域的性质,提出了时变约束的全周期操作优化方法。该方法通过调整MED-TVC系统在运行周期内的操作条件,获得全周期最低的蒸汽消耗量,同时利用时变的可行域约束保证优化结果在全周期内均满足淡水产量要求。结果表明,时变约束的全周期操作优化在维持MED-TVC系统的设计淡水产量的同时,全周期蒸汽消耗量相比于设计值减少了19.6%,能够很好地解决MED-TVC系统的操作优化问题。

关键词：过程系统工程海水淡化多效蒸发全周期优化慢时变可行域