面向微观结构质量优化的模型重构与求解加速方法研究

发布时间：2022-08-02 15:58

　　产品质量问题一直是制约我国流程工业产品竞争力的瓶颈问题。如何在现有设备条件与工艺条件的基础上,进行面向产品质量的精细建模与优化控制,对提升产品质量、迈向高端产品链具有极其重要的意义。相较于传统的宏观质量指标,微观层面上的分子结构关系从本质上决定了产品的性能差异,因此以产品微观质量指标为导向的优化控制就成为解决产品质量问题的关键。然而,涉及产品微观质量指标的模型通常结构复杂、非线性强、规模庞大、求解困难,为面向产品微观质量指标的过程优化计算带来巨大挑战。本文以聚烯烃反应过程为例,围绕产品微观结构质量指标为导向的一系列过程系统优化关键问题,结合确定性模型与统计方法模型,研究针对实际优化问题的模型重构方法与求解加速方法,实现聚合过程产品质量的精准控制与生产效能的整体提升。本文的主要研究内容和贡献总结如下:1.大规模联立方程模型的并行求解方法。大规模联立方程模型广泛应用在化工过程的模拟与优化中,但其求解过程耗时严重,较难应用于对计算时间要求高的在线或离线的优化模拟中。针对这一问题,本文结合序列二次规划求解算法,提出了基于方程残差计算的联立方程模型并行求解方法。该方法分别利用CPU多核平台和GP... 

【文章页数】：154 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
常用缩略词表
第一章 绪论
    1.1 聚烯烃产业现状与质量二程
    1.2 聚合产品微观质量指标的模型化方法
        1.2.1 基于物料衡算的确定性方法
        1.2.2 基于蒙特卡洛模拟的统计方法
    1.3 过程系统工程优化方法
        1.3.1 序贯模块法与联立方程法
        1.3.2 非线性规划方法
        1.3.3 无梯度优化方法
    1.4 面向微观质量指标的聚合过程优化方法综述
    1.5 研究内容与论文框架
第二章 大规模联立方程模型的并行求解方法
    2.1 基于梯度的联立方程模型求解方法
    2.2 基于方程残差的并行求解方法
        2.2.1 并行求解策略
        2.2.2 并行性能分析
    2.3 基于CPU多核平台的并行实现
        2.3.1 实现方法
        2.3.2 加速效果分析
    2.4 基于GPU平台的并行实现
        2.4.1 实现方法
        2.4.2 加速效果分析
    2.5 本章小结
第三章 并行蒙特卡洛模拟的自适应优化方法
    3.1 微观质量指标的蒙特卡洛模拟方法
        3.1.1 共聚反应机理与矩方法建模
        3.1.2 稳态蒙特卡洛模拟方法
        3.1.3 基于GPU的并行蒙特卡洛方法
    3.2 蒙特卡洛模型的优化方法
        3.2.1 多尺度优化命题与框架
        3.2.2 无梯度信赖域优化算法
    3.3 面向优化的自适应模拟算法
        3.3.1 基本思想
        3.3.2 模拟误差估计
        3.3.3 算法流程
    3.4 连续边界收缩算法
    3.5 优化结果分析与讨论
        3.5.1 并行方法结果对比
        3.5.2 自适应模拟算法结果对比
        3.5.3 连续边界收缩算法结果对比
    3.6 本章小结
第四章 蒙特卡洛模型的智能采样加速方法
    4.1 蒙特卡洛智能采样模拟算法
        4.1.1 基本思想
        4.1.2 算法流程
    4.2 面向微观质量指标的稳态模拟
        4.2.1 加速效果分析
        4.2.2 算法参数分析
    4.3 面向微观质量指标的稳态优化
        4.3.1 优化命题与框架
        4.3.2 优化结果分析
    4.4 本章小结
第五章 动态粒数衡算模型的交叉配置离散方法
    5.1 聚合过程反应机理与分子量分布
        5.1.1 聚合反应动态机理模型
        5.1.2 瞬时Flory方法
        5.1.3 累积Flory方法
    5.2 基于链长维度离散的动态模型降阶方法
        5.2.1 离散有限元正交配置法
        5.2.2 面向粒数衡算动态模型的降阶方法
        5.2.3 分子量分布的重构
    5.3 基于时间维度离散的全联立方法
    5.4 算例分析
        5.4.1 模型稳态验证
        5.4.2 模型降阶参数分析
    5.5 本章小结
第六章 面向分子量分布的牌号切换过程动态优化方法
    6.1 牌号切换的传统动态优化方法
        6.1.1 基于平均分子量的动态优化方法
        6.1.2 基于分子量分布的动态优化方法
    6.2 基于分子量分布重构模型的全联立优化方法
        6.2.1 单阶段优化命题
        6.2.2 多阶段优化命题
    6.3 工业案例分析
        6.3.1 牌号切换过程的动态模拟
        6.3.2 牌号切换过程的动态优化
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 论文总结
    7.2 研究展望
参考文献
作者在学期间所取得的科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国聚烯烃产能持续增长[J]. 郑宁来.  合成材料老化与应用. 2017(06)

博士论文
[1]基于分子量分布的聚合过程建模、优化与流程重构[D]. 张晨.浙江大学 2016
[2]基于微观质量指标的聚合过程模拟与优化方法研究[D]. 翁金祖.浙江大学 2016



本文编号：3668816