一种聚乙烯反应过程温度的控制方法
【专利说明】一种聚乙烯反应过程温度的控制方法 【技术领域】
[0001] 本发明涉及聚合反应的技术领域，特别是聚乙烯反应生成过程中温度控制方法的
技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 聚合过程是在聚合反应釜内，在分散剂、缓冲剂、链转移剂、防黏剂、热稳定剂、弓丨 发剂和终止剂等助剂作用下，单体在一定温度和压力下聚合成高分子聚合物的过程。
[0003] 聚乙烯是乙烯聚合而成的高分子化合物。产品分为高、中、低压聚乙烯和低压低密 度聚乙烯等。聚乙烯反应系统主要由聚合反应器、循环气冷却器和循环气压缩机组成。反应 循环气体在压缩机的作用下，连续经过被硫化的树脂反应床和冷却器，同时带走反应产生 的热量。冷却器是单程壳式换热器，气体走管程，调温水走壳层。聚合反应在硫化床反应器 中进行，反应用料乙烯、氢气、T 2、C2、C4及其共聚单体从反应器底部加入，一部分转化为聚乙 烯，大部分单体和共聚单体从反应器顶部作为循环气又返回到反应器。循环冷却器的调温 水由水栗打入，从循环冷却器出来的调温水带出大量的热量。反应器的出料包含两路:一路 排出料粉进入出料缸，另一路从反应器顶部排出参与循环反应。
[0004] 为了提高温度的动静态控制品质，减少反应器温度的波动；同时也为了克服催化 剂进料的干扰，本发明提出一种前馈-反馈结构的MPC控制方案，使反应温度稳定在设定值 水平。预测控制是70年代后期产生的一类新型计算机控制算法，这类算法以对象的阶跃或 脉冲响应为模型，采用滚动优化推移对的方式在线地对过程实现优化控制，在复杂的工业 过程中显现出良好的控制性能。 【
【发明内容】
】
[0005] 本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种聚乙烯反应过程温度的控制 方法，可以明显减小反应过程温度的方差，有效地提高过程系统的控制精度，并且易于实现 计算机控制。
[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，所述控制 方法利用预测控制MPC和前馈-反馈控制的形式对聚乙烯反应过程的温度进行跟踪控制，具 体步骤包括：
[0007] (a)主控建模:建立调温水量与循环气温度之间的机理模型，调温水量作为操作变 量，循环气进入反应器的温度作为被控变量；
[0008] (b)前馈建模:建立催化剂进量与反应器过程温度的模型，通过比例系数K。叠加到 MPC主控制器上；
[0009] (c)线性处理:在不同工作点处，对主控模型进行线性化，得到调温水量与循环气 温度之间的线性模型；
[0010] (d)参数确定:选取采样周期T，动态响应测试，得到模型系数&1，&2.....a N，仿真调 优确定其他参数；
[0011] (e)优化计算:通过预测控制MPC算法对聚乙烯反应过程的温度经行迭代求解，控 制调温水的流量，进而控制反应过程的温度。
[0012] 作为优选，所述(a)步骤中，采用的是MPC算法，调温水量与循环气温度之间的机理 模型通过脉冲响应的值来确定，需要符合实际生产过程或者分析历史数据，并不一定为单 位脉冲。
[0013] 作为优选，所述(b)步骤中，在前馈模型的建立之后需要经过参数整定、与主控模 型的关系分析之后确定比例系数K。的值，并应具体考量催化剂的种类、硫化床反应器。
[0014] 作为优选，所述(e)步骤中，优化计算的具体过程参照具体实施过程部分中的预测 控制MPC算法，需要确定参考轨迹和解优化方程，通过控制阀最终确定调温水量的大小。
[0015] 本发明的有益效果:本发明一种聚乙烯反应过程温度的控制方法在工作过程中， 通过将预测控制与前馈-反馈控制结合的方法进行聚乙烯反应过程的温度控制。在通过机 理建模、得到系统模型的情况下，结合预测控制可用于时变、时滞以及非线性系统的控制的 特点，可以方便的处理控制量、操作工况、装置上下限等约束;对可测扰动一一催化剂加料 量采用前馈控制及时消除对系统的影响，大大减小了反应器温度的波动，使装置运行在经 济合理的位置，提高产品的质量和产量，降低了能耗；同时，装置的平稳运行节省了高昂的 催化剂，减小了非正常的停车次数。
[0016] 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。 【【附图说明】】
[0017] 图1是本发明一种聚乙烯反应过程温度的控制方法的控制框图；
[0018] 图2是本发明一种聚乙烯反应过程温度的控制方法的流程工艺图。 【【具体实施方式】】
[0019]参阅图1和图2,本发明一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，具体步骤包括：
[0020]步骤一、建立调温水量与循环气温度之间的机理模型，调温水量作为操作变量，循 环气进入反应器的温度作为被控变量；
[0021]步骤二、建立催化剂进量与反应器过程温度的模型，通过比例系数K。叠加到MPC主 控制器上；
[0022]步骤三、在不同工作点处，对主控模型进行线性化，得到调温水量与循环气温度之 间的线性模型；
[0023]步骤四、选取采样周期T，动态响应测试，得到模型系数&1，&2.....a N，仿真调优确 定其他参数；
[0024] 步骤五、通过预测控制MPC算法对聚乙烯反应过程的温度经行迭代求解，控制调温 水的流量，进而控制反应过程的温度。
[0025]其中预测控制MPC算法的主要过程为：
[0026] 基于聚乙烯反应对象的脉冲响应：
[0027] 1、主控过程的预测模型
[0028]线性对象，其单位脉冲响应的采样值gl. . .g> ..，离散卷积公式可以写出：
i其中u，y分别是输入量、输出量相对于稳定工作点的偏移量。渐 进稳定的对象，.，3iV，使?ν=ΝΤ。
[0029] 因此，对象的动态特性可以用一个有限卷积的预测模型表示：
[0030]
[0032] 2、参考轨迹
[0033] MPC中，期望输出是从现实实际输出温度y(k)出发向设定值温度c光滑过度的一条 参考轨迹规定的。
[0034]
[0035] 其中a = eTTA，τ越小，参考轨?？焖傩愿?，鲁棒性能降低。
[0036] 3、滚动优化
[0037] MPC中，k时刻的优化目标是使未来Ρ个时刻的预测输出yP尽可能的接近由参考输 出提供的期望输出y r。性能优化指标：
[0038]
[0039]预测模型输出值yP:闭环预测
[0040]
，其中y(k)为实际输出值。
[0041 ] 偏导
，得到：
[0042]
[0043] 本发明工作过程：
[0044]本发明一种聚乙烯反应过程温度的控制方法在工作过程中，通过将预测控制与前 馈-反馈控制结合的方法进行聚乙烯反应过程的温度控制。在通过机理建模、得到系统模型 的情况下，结合预测控制可用于时变、时滞以及非线性系统的控制的特点，可以方便的处理 控制量、操作工况、装置上下限等约束;对可测扰动一一催化剂加料量采用前馈控制及时消 除对系统的影响，大大减小了反应器温度的波动，使装置运行在经济合理的位置，提高产品 的质量和产量，降低了能耗；同时，装置的平稳运行节省了高昂的催化剂，减小了非正常的 停车次数。
[0045]上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后 的方案均属于本发明的?；し段?。
【主权项】
1. 一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，其特征在于:所述控制方法利用预测控制MPC 和前馈-反馈控制的形式对聚乙烯反应过程的温度进行跟踪控制，具体步骤包括： (a) 主控建模:建立调温水量与循环气温度之间的机理模型，调温水量作为操作变量， 循环气进入反应器的温度作为被控变量； (b) 前馈建模:建立催化剂进量与反应器过程温度的模型，通过比例系数K。叠加到MPC主 控制器上； (c) 线性处理:在不同工作点处，对主控模型进行线性化，得到调温水量与循环气温度 之间的线性模型； (d) 参数确定:选取采样周期T，动态响应测试，得到模型系数&1，&2……a N，仿真调优确 定其他参数； (e) 优化计算:通过预测控制MPC算法对聚乙烯反应过程的温度经行迭代求解，控制调 温水的流量，进而控制反应过程的温度。2. 如权利要求1所述的一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，其特征在于:所述(a)步 骤中，采用的是MPC算法，调温水量与循环气温度之间的机理模型通过脉冲响应的值来确 定，需要符合实际生产过程或者分析历史数据，并不一定为单位脉冲。3. 如权利要求1所述的一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，其特征在于:所述(b)步 骤中，在前馈模型的建立之后需要经过参数整定、与主控模型的关系分析之后确定比例系 数K。的值，并应具体考量催化剂种类、硫化床反应器。4. 如权利要求1所述的一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，其特征在于:所述(e)步 骤中，优化计算的具体过程参照具体实施过程部分中的预测控制MPC算法，需要确定参考轨 迹和解优化方程，通过控制阀最终确定调温水量的大小。
【专利摘要】本发明公开了一种聚乙烯反应过程温度的控制方法，具体步骤包括：(a)主控建模：建立调温水量与循环气温度之间的机理模型，调温水量作为操作变量，循环气进入反应器的温度作为被控变量；(b)前馈建模：建立催化剂进量与反应器过程温度的模型，通过比例系数Kc叠加到MPC主控制器；(c)线性处理；(d)参数确定；(e)优化计算：通过预测控制MPC算法对聚乙烯反应过程的温度经行迭代求解，控制调温水流量，进而控制反应过程的温度。本发明可测扰动—催化剂加料量采用前馈控制及时消除对系统的影响，减小反应器温度的波动，使装置运行在经济合理位置，提高产品质量和产量，降低能耗，节省高昂的催化剂，减小非正常的停车次数。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105607481
【申请号】CN201610046061
【发明人】王嫣俐
【申请人】王嫣俐
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月25日