大规模复杂过程系统的高性能优化理论与方法研究

发布时间：2023-05-07 04:59

　　优化是流程工业实现节能减排的一项重要技术手段。从过程系统工程的角度来看,流程工业优化主要分为两个方面,最优过程设计以及最优过程操作。目前对于最优过程设计的研究主要集中在过程综合,包括换热网络综合、分离序列综合以及反应器网络综合,这类综合问题通常可以被描述成混合整数非线性规划问题,求解非线性规划问题的优化算法作为求解混合整数非线性规划问题的核心部件,其鲁棒性是成功求解混合整数非线性规划问题的一个前提条件,如果某个非线性规划问题不能被求解,则整个算法将无以为继。在最优过程操作方面,目前采用的是实时过程操作优化系统,其中数据调和问题、参数估计问题以及整体操作优化问题都可以被描述成非线性规划问题,求解非线性规划问题的优化算法的鲁棒性和实时性在是整个实时操作优化系统得以正常运行和实施的保证,如果优化算法不能够及时地收敛到最优点,并仍然将优化计算结果强行进行实施的话,操作优化的实际意义就会丧失。以上的过程系统优化都是基于稳态模型的,但是在过程系统中,不可避免地存在稳态模型无法描述的动态过程,故需要采用优化控制一体化技术对这类动态过程进行优化和控制。联立法是目前求解动态优化问题的主流方法,其基本思想...

【文章页数】：163 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 流程工业过程的优化
        1.1.1 最优过程设计
        1.1.2 最优过程操作
    1.2 高性能优化算法
        1.2.1 高性能优化算法的需求
        1.2.2 高性能优化方法的研究
    1.3 流程模拟软件的研究发展
    1.4 本文研究内容及各章节介绍
第2章 面向实时操作运行的智能收敛准则
    2.1 传统收敛准则
    2.2 内点算法
        2.2.1 子问题的求解
        2.2.2 障碍因子的更新
    2.3 收敛深度控制准则及其性质
        2.3.1 收敛深度控制准则
        2.3.2 收敛深度控制准则的性质及其证明
    2.4 数值实验
        2.4.1 基于CUTE的数值实验
        2.4.2 基于Aspen Plus的数值实验
    2.5 本章小结
第3章 参数自动整定算法
    3.1 优化求解器参数与性能的关系
    3.2 基于启发式算法和直接搜索算法的参数自动整定框架
        3.2.1 参数自动整定整体算法框架概述
        3.2.2 启发式算法及参数关联性的处理
        3.2.3 直接搜索算法
        3.2.4 算法框架的实施
        3.2.5 数值实验
    3.3 基于随机采样的参数自动整定算法
        3.3.1 随机采样参数整定算法和改进随机采样参数整定算法
        3.3.2 数值实验
    3.4 本章小结
第4章 动态优化算法研究
    4.1 动态优化问题描述及联立法
        4.1.1 联立法的精度分析
        4.1.2 联立法的最优性分析
    4.2 动态优化求解的精度问题
        4.2.1 动态优化求解的精度控制方法
        4.2.2 序贯模拟法
        4.2.3 动态优化问题解的精度的进一步考虑
    4.3 动态优化求解的最优性改进方法
    4.4 数值实验
        4.4.1 汽车行驶问题
        4.4.2 间歇反应问题
    4.5 本章小结
第5章 基于Aspen Plus的优化算法集成和兼容性扩展
    5.1 Aspen Open Solvers接口集描述
    5.2 基于AOS接口的内点算法求解器
        5.2.1 求解器接口的实现和IPOPT的封装
        5.2.2 标度化技术
    5.3 扩展Aspen Plus对基于CAPE-OPEN的优化求解器的兼容性
    5.4 数值实验
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 后继研究工作展望
参考文献
在学期间主要科研成果及应用评价



本文编号：3810322