現(xiàn)代高分子化工講座5-聚合反應(yīng)工程控制

1、現(xiàn)代高分子化工講座之二現(xiàn)代高分子化工講座之二聚合反應(yīng)控制與進(jìn)展聚合反應(yīng)控制與進(jìn)展2013.42013.4聚合反應(yīng)工程內(nèi)涵的發(fā)展聚合反應(yīng)工程內(nèi)涵的發(fā)展n現(xiàn)代聚合反應(yīng)工程涵蓋甚廣，發(fā)展很快。n由于多種學(xué)科的協(xié)同、交叉與滲透。近年來，聚合反應(yīng)工程的界定已從高分子科學(xué)、化學(xué)與工藝和過程工程原理的結(jié)合，演變?yōu)閺?qiáng)調(diào)與控強(qiáng)調(diào)與控制工程原理的結(jié)合制工程原理的結(jié)合。聚合反應(yīng)控制工程近期的研究內(nèi)容聚合反應(yīng)控制工程近期的研究內(nèi)容n聚合反應(yīng)動力學(xué)n數(shù)學(xué)模型與仿真n聚合反應(yīng)器的設(shè)計與放大n特殊變送器的研制與過程監(jiān)控n聚合反應(yīng)器的優(yōu)化、狀態(tài)估計與計算機(jī)控制n在研究工作中，人工智能技術(shù)的應(yīng)用正在受到密切關(guān)注。當(dāng)涉及工業(yè)生產(chǎn)

2、實踐時，還包括計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、管理信息計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、管理信息系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)品質(zhì)控制系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)品質(zhì)控制等。n運(yùn)用跨學(xué)科、即多學(xué)科綜合的方法導(dǎo)出適宜的技術(shù)策略，以便更為有效地設(shè)計與控制聚合反應(yīng)器，從而改進(jìn)聚合物生產(chǎn)過程的研究成為熱點。n在一些特定情況下，如增強(qiáng)反應(yīng)注射成型，由于反應(yīng)快、幾何分布要求高，以及流變學(xué)問題復(fù)雜等原因，更是難以離開控制工程與計算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用。更加強(qiáng)調(diào)計算機(jī)的運(yùn)用更加強(qiáng)調(diào)計算機(jī)的運(yùn)用n在調(diào)查、分析大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，Ray綜述了聚合反應(yīng)器的建模與控制問題，并就聚合反應(yīng)的一些特有現(xiàn)象、各類模型、變送器、過程監(jiān)控策略、控制難點以及控制系統(tǒng)的設(shè)計方法等做了歸納和討論。n其后，Embirucu等

3、對聚合反應(yīng)器先進(jìn)控制的有關(guān)論文做了概括。相對集中的一些研究內(nèi)容相對集中的一些研究內(nèi)容n反應(yīng)器的建模與控制n聚合物性質(zhì)的估計n最優(yōu)控制與穩(wěn)態(tài)優(yōu)化n非線性控制n線性預(yù)測控制和自適應(yīng)控制等尚待深入研究的一些內(nèi)容尚待深入研究的一些內(nèi)容nRay認(rèn)為，目前在聚合反應(yīng)器的狀態(tài)估計方面已發(fā)表大量文獻(xiàn)，但其覆蓋范圍依然有限n而將上述先進(jìn)控制技術(shù)用于實際工業(yè)聚合環(huán)境的研究迄今尚未取得重大成果nEmbirucu認(rèn)為，當(dāng)務(wù)之急是要開發(fā)有效的特別是用于測量與識別分子量與分子量分布(MWD)的測量裝置與識別方案精確控制精確控制MWDMWD的重要性的重要性n聚合物的基本分子參數(shù)是直接影響聚合物品質(zhì)的關(guān)鍵參數(shù)。如nMWD通過

4、熔融物熔點和流動性質(zhì)影響聚合物的加工特性nMWD還對被加工產(chǎn)品的機(jī)械性能有決定性作用，如機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性能。n因此，在聚合過程中精確控制MWD一直是國際上力求解決的熱門課題；只是問題復(fù)雜，難點甚多。 1.1.聚合物質(zhì)量的間接控制聚合物質(zhì)量的間接控制n長期以來，由于缺乏MWD的在線測量儀表以及對聚合反應(yīng)動力學(xué)的了解有限，對MWD的直接控制極為困難n大多數(shù)所謂的聚合物質(zhì)量控制只是控制表征產(chǎn)品某一平均性質(zhì)的個別參數(shù)，如粘度和熔融指數(shù)等-間接控制一個成功的例子一個成功的例子- -DupontDupont公司工業(yè)聚乙烯裝置的模型預(yù)估控制公司工業(yè)聚乙烯裝置的模型預(yù)估控制n該裝置用于溶液聚合，由幾個串聯(lián)的

5、連續(xù)流攪拌釜式反應(yīng)器及一個柱塞流管式反應(yīng)器所組成，通過反應(yīng)器的各種搭配以達(dá)到產(chǎn)品的指定特性控制。n該控制方案的要點：由于分析器和反應(yīng)器間有滯后，采用了一種線性的特性估算法，根據(jù)當(dāng)前的反應(yīng)器條件預(yù)預(yù)估估釜內(nèi)物質(zhì)的熔融指數(shù)和密度。n采用的控制算法可引導(dǎo)工藝過程使之符合工藝規(guī)范，同時使能耗減小、產(chǎn)量增加，并能減少切換牌號的過渡時間?；谀Ｐ偷姆蔷€性反饋控制器基于模型的非線性反饋控制器nMcAuley等研究了一種基于模型的非線性反饋控制器，以控制工業(yè)氣相聚乙烯反應(yīng)器的產(chǎn)品性質(zhì)。n控制器調(diào)整瞬時熔融指數(shù)與密度，在牌號切換時提供伺服控制，并通過改變氫和丁烯的進(jìn)料速率使產(chǎn)品性質(zhì)逼近預(yù)期的軌跡。n該非線性控制

6、器以廣域輸入輸出線性化為基礎(chǔ)，其性能據(jù)稱遠(yuǎn)勝于用于同一目的的線性控制器。n因此，該法是在多種反應(yīng)器條件下生產(chǎn)多種不同牌號產(chǎn)品時控制聚合物性質(zhì)的有力工具，并能達(dá)到幾乎是最佳的牌號切換。n為量化間接質(zhì)量指標(biāo)與聚合物基本分子參數(shù)之間的關(guān)系，Mankar等開發(fā)了一組粘度計-反應(yīng)器成套設(shè)備，以甲基丙烯酸甲酯本體聚合為對象進(jìn)行了研究n在等溫條件下，連續(xù)測量兩個不同溫度下聚合混合物的粘度，并在幾個不同時刻取出反應(yīng)物質(zhì)的樣品，進(jìn)行單體轉(zhuǎn)化率和重均分子量分析。n將所獲得的數(shù)據(jù)用Martin方程進(jìn)行曲線擬合。其中待定系數(shù)按經(jīng)驗參數(shù)處理，根據(jù)這些實驗數(shù)據(jù)構(gòu)成了狀態(tài)估計器狀態(tài)估計器(軟測量)。n該粘度反應(yīng)器成套設(shè)備也

7、可用于獲取非等溫條件下的粘度，以及配合適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)變量估計與優(yōu)化分析，以研究本體聚合的在線優(yōu)化控制。MankarMankar等的粘度計反應(yīng)器成套設(shè)備等的粘度計反應(yīng)器成套設(shè)備人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANNANN）的應(yīng)用）的應(yīng)用n作為軟儀表，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN已用于連續(xù)聚合過程的粘度預(yù)估，其作用有點類似Smith預(yù)估器。n即根據(jù)在線粘度計的讀數(shù)及攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)矩等工藝參數(shù)，預(yù)估反應(yīng)釜內(nèi)粘度的瞬時值，以實現(xiàn)粘度的自動控制。n如果直接使用在線粘度計作為粘度控制系統(tǒng)的變送器，則因粘度計約有3 min的滯后而使控制品質(zhì)無法達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)。 什么叫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)什么叫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)? ?n人的思維有邏輯性和直觀性兩種不同

8、的基本方式n邏輯性思維是指根據(jù)邏輯規(guī)則進(jìn)行推理的過程；它先將信息化成概念，并用符號表示。n然后，根據(jù)符號運(yùn)算按串行模式進(jìn)行邏輯推理n這一過程可以寫成串行的指令，讓計算機(jī)執(zhí)行。n1.信息通過神經(jīng)元上的興奮模式分布儲存在網(wǎng)絡(luò)上n2.信息處理通過神經(jīng)元之間同時相互作用的動態(tài)過程來完成n人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是模擬人思維的一種方式n這是一個非線性動力學(xué)系統(tǒng)，其特色在于信息的分布式存儲和并行協(xié)同處理。n雖然單個神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)極其簡單，功能有限，但大量神經(jīng)元構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所能實現(xiàn)的行為卻極其豐富多彩ANNANN思維方式的本質(zhì)思維方式的本質(zhì)ANNANN的工作原理的工作原理nANN首先要以一定的學(xué)習(xí)準(zhǔn)則進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后才

9、能工作n以ANN對手寫“A”、“B”兩個字母的識別為例進(jìn)行說明，規(guī)定當(dāng)“A”輸入網(wǎng)絡(luò)時，應(yīng)該輸出“1”，而當(dāng)輸入為“B”時，輸出為“0”。n所以網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的準(zhǔn)則應(yīng)該是：如網(wǎng)絡(luò)作出錯誤的判斷，則通過網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，使網(wǎng)絡(luò)減少下次犯同樣錯誤的可能性。n首先，給網(wǎng)絡(luò)的各連接權(quán)值賦予(0，1)區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)值，將“A”所對應(yīng)的圖象模式輸入給網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)將輸入模式加權(quán)求和與比較、再進(jìn)行非線性運(yùn)算，得到網(wǎng)絡(luò)的輸出。n在此情況下，網(wǎng)絡(luò)輸出為“1”和“0”的概率各為50%，也就是說是完全隨機(jī)的。n如果輸出為“1”(結(jié)果正確)，則使連接權(quán)值增大，以便使網(wǎng)絡(luò)再次遇到“A”模式輸入時，仍然能作出正確的判斷。 n如果輸出為“0

10、”(即結(jié)果錯誤)，則把網(wǎng)絡(luò)連接權(quán)值朝著減小綜合輸入加權(quán)值的方向調(diào)整，其目的在于使網(wǎng)絡(luò)下次再遇到“A”模式輸入時，減小犯同樣錯誤的可能性。n如此操作調(diào)整，當(dāng)給網(wǎng)絡(luò)輪番輸入若干個手寫字母“A”、“B”后，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)按以上學(xué)習(xí)方法進(jìn)行若干次學(xué)習(xí)后，網(wǎng)絡(luò)判斷的正確率將大大提高。n這說明網(wǎng)絡(luò)對這兩個模式的學(xué)習(xí)已經(jīng)獲得了成功，它已將這兩個模式分別地記憶在網(wǎng)絡(luò)的各個連接權(quán)值上。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)再次遇到其中任何一個模式時，能夠作出迅速、準(zhǔn)確的判斷和識別。一般說來，網(wǎng)絡(luò)中所含的神經(jīng)元個數(shù)越多，則它能記憶、識別的模式也就越多。具體應(yīng)用具體應(yīng)用n為快速反映聚合反應(yīng)器的內(nèi)在工況，可將一對電極置入反應(yīng)器，并與頻率適當(dāng)?shù)慕涣麟娫聪噙B

11、接。n根據(jù)電極過程動力學(xué)，電極間的阻抗必因聚合反應(yīng)而變化。n因此，連續(xù)測量流過電極的有功與無功電流即可及時掌握反應(yīng)的進(jìn)程。n這一想法已在實驗室規(guī)模的陽離子聚合過程中得到了驗正。2.2.聚合物基本分子參數(shù)的控制策略聚合物基本分子參數(shù)的控制策略n利用聚合模型實現(xiàn)MWD前饋控制的方案雖有報道，但其困難也很明顯:n1）對于未能測得的擾動不可能予以補(bǔ)償。n因而，會使MWD控制(并最終使聚合物品質(zhì))惡化。n2）而憑借間斷和滯后的實驗室凝膠色譜儀（GPC）的分析數(shù)據(jù)對控制系統(tǒng)作粗略的在線校正，會導(dǎo)致過程起伏，甚至?xí)瓜到y(tǒng)失去穩(wěn)定性。n近年來，國外已有測量MWD的在線儀表(如：Applied Automati

12、on公司的Optichrom Advance液相色譜儀)可供使用，但其提供的測量數(shù)據(jù)是周期性的(滯后時間一般為1040 min，或更長)，并常因噪聲而被歪曲。n所以單純據(jù)此進(jìn)行反饋控制，其品質(zhì)不可能滿足生產(chǎn)的需求。EllisEllis等的雙時標(biāo)等的雙時標(biāo)MWDMWD估計算法估計算法nEllis等針對異丁烯酸甲酯(MMA)間歇聚合開發(fā)了一種雙時標(biāo)MWD估計算法。n既引入周期性、有時滯的在線測量MWD的色譜數(shù)據(jù)，又引入相對簡單、快速的溫度、密度(以計算單體轉(zhuǎn)化率)等測量數(shù)據(jù)。n利用一個能夠預(yù)估聚合過程MWD圖線的機(jī)理模型，并和一個增廣卡爾曼濾波器EKF相結(jié)合，以產(chǎn)生MWD、單體轉(zhuǎn)化率、引發(fā)劑轉(zhuǎn)化率

13、和反應(yīng)溫度等當(dāng)前估計值。 EllisEllis試驗所用控制系統(tǒng)示意圖試驗所用控制系統(tǒng)示意圖n其中，R為反應(yīng)釜，E為估計器，t、x和A分別表示溫度、單體轉(zhuǎn)化率和色譜儀數(shù)據(jù)，所用控制器C為PID。n給定值及被控變量為重均分子量Mw，控制器輸出改變溫度或單體加入量設(shè)定值，或同時改變這兩個設(shè)定值。n結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以排除實際擾動的影響，并能降低批與批間的質(zhì)量波動。nChant等提出了一種改進(jìn)的兩步法估計自由基間歇聚合釜的反應(yīng)溫度以獲取具有指定MWD的聚合物。n首先估計能夠給出MWD期待值的瞬時平均鏈長與分散指數(shù)對時間的分布n然后僅通過對瞬時平均鏈長的有效跟蹤，即可獲取反應(yīng)溫度對時間的分布。Chant

14、Chant改進(jìn)的兩改進(jìn)的兩步估計法步估計法nChant等后來在一個10L的異丁烯酸甲酯(MMA)間歇溶液聚合釜獲取數(shù)據(jù)、并擬合了一個動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，將上述的的兩步法再次用于最佳溫度軌跡的計算。n實驗結(jié)果證明，經(jīng)過辨識的動力學(xué)模型是精確的，對于具有加熱冷卻系統(tǒng)的常規(guī)間歇釜，以常規(guī)的PI控制器跟蹤最佳溫度軌跡也是可行的。n據(jù)稱依賴這一計算出來的最佳溫度軌跡可使聚合物產(chǎn)品符合質(zhì)量規(guī)范。Chant Chant 改進(jìn)的兩步估計法改進(jìn)的兩步估計法nClarke-Pringle等從分析高維輸出空間的有效控制問題出發(fā)，認(rèn)為現(xiàn)有的控制方法實際上往往只是控制質(zhì)量變量的一個子集，間接地控制整個質(zhì)量空間。n典型例

15、子是以控制分布的某個平均值來間接控制整個的MWD。然而，當(dāng)控制器消除單一被控變量(如重均鏈長)的擾動時，有可能同時會將擾動轉(zhuǎn)移至其余的質(zhì)量變量(整個MWD)，甚至?xí)U(kuò)大擾動的效應(yīng)。n所以，在好象實現(xiàn)了良好控制(均值達(dá)標(biāo))的同時，事實上聚合物的質(zhì)量也許反而降低。Clarke-PringleClarke-Pringle：擾動擴(kuò)大因子（擾動擴(kuò)大因子（DIFDIF）分析工具）分析工具n為此，Clarke-Pringle等引入了稱為擾動擴(kuò)大因子DIF的分析工具來預(yù)估這一效應(yīng)。n只對單一被控變量(如重均鏈長)采取措施的條件下，用DIF預(yù)估哪一個調(diào)節(jié)作用會導(dǎo)致對整個MWD的控制為最佳。n它還可以進(jìn)一步用于以

16、下的評估：n如果同時考慮其它被控變量(如數(shù)均鏈長)或其它調(diào)節(jié)作用(如現(xiàn)有調(diào)節(jié)作用的組合)，整個MWD的控制是否將會有所改善nClarke-Pringle通過模擬的聚苯乙烯反應(yīng)釜進(jìn)行了驗證研究擾動擴(kuò)大因子（擾動擴(kuò)大因子（DIFDIF）分析工具）分析工具n90年代中期開始，文獻(xiàn)中出現(xiàn)了關(guān)于ANN技術(shù)用于聚合過程質(zhì)量控制的文章。Tsen等以間歇釜中乙酸乙烯乳液聚合過程為例，探討了機(jī)理模型與ANN模型相結(jié)合的控制方案，如圖2所示。n圖2. 采用ANN的質(zhì)量控制ANNANN技術(shù)與聚合過程質(zhì)量控制技術(shù)與聚合過程質(zhì)量控制Ic-初始條件，P-工藝過程，MPC-模型預(yù)測控制環(huán)節(jié)，c-控制作用，M-中間數(shù)據(jù)，F(xiàn)-

17、最終產(chǎn)品n機(jī)理模型雖能預(yù)估單體轉(zhuǎn)化率，但卻不能預(yù)估產(chǎn)品質(zhì)量(數(shù)均分子量與分散指數(shù))n因為乳液中的雜質(zhì)不但決定了反應(yīng)的誘導(dǎo)期，還會影響間歇釜的最終條件(終止時間與分子量)。n單純的機(jī)理模型很難用于精確定量雜質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量的影響n故必須借助經(jīng)驗或半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?如ANN)獲取反應(yīng)器系統(tǒng)的實際行為n另一方面，雖然機(jī)理模型不能精確預(yù)估有關(guān)變量的絕對值，但是通常可以預(yù)估過程行為的趨勢，從而通過內(nèi)插和外推，就能利用機(jī)理模型產(chǎn)生訓(xùn)練ANN所需的數(shù)據(jù)；由于能從現(xiàn)場獲取的數(shù)據(jù)很少，單憑實際工藝數(shù)據(jù)是無法完成ANN訓(xùn)練的?；?本本 原原 理理nZhang等僅采用ANN估計MMA間歇聚合釜中的雜質(zhì)含量，以計算引發(fā)劑初始

18、量的有效值，并對聚合物質(zhì)量變量的變化軌跡做出準(zhǔn)確的預(yù)估。n不過，Zhang等只做了計算機(jī)仿真，尚未進(jìn)行實際的試驗。n在連續(xù)縮聚領(lǐng)域，Wang等于80年代末率先實現(xiàn)了工業(yè)規(guī)模聚酯生產(chǎn)過程的MWD控制，產(chǎn)生了顯著的效益。n此后，研究工作繼續(xù)發(fā)展，構(gòu)成了以跨學(xué)科為主要特點的聚合物微觀質(zhì)量控制系統(tǒng)(見圖3)。其中包括兩個MWD機(jī)理模型n模型以現(xiàn)場可測的工藝變量為輸入，以聚合物的MWD為輸出圖圖3. 3. 聚合物微觀質(zhì)量控制系統(tǒng)聚合物微觀質(zhì)量控制系統(tǒng)一個模型(M1)采用真實時間，相當(dāng)于MWD軟儀表另一個(M2)采用機(jī)器時間，提前預(yù)報數(shù)十分鐘以后的MWD，為控制環(huán)節(jié)事先采取措施和消除擾動的影響提供技術(shù)基礎(chǔ)

19、一個模式識別環(huán)節(jié)R，用以檢查模型預(yù)報的MWD是否偏離給定值，并提示偏離原因；以及一套在線專家系統(tǒng)ES因時、因事制宜，提供適當(dāng)?shù)目刂撇呗?，以實現(xiàn)MWD的協(xié)調(diào)控制n對于機(jī)理模型無法引入的因素(如物料中的雜質(zhì))，專家系統(tǒng)在生成控制策略時，將通過操作條件的分析考慮其效應(yīng)。n品質(zhì)的控制主要體現(xiàn)于MWD波動減小，從而分布變窄，使聚合物性質(zhì)均一。n全系統(tǒng)由上位機(jī)、下位機(jī)兩級計算機(jī)組成n圖中的DCS是下位機(jī)，執(zhí)行專家系統(tǒng)給出的控制策略，其余均在上位機(jī)中。圖中P表示工藝過程，C為控制作用，D為擾動，MWD的下標(biāo)P、f與r分別表示預(yù)估、預(yù)報與預(yù)期(即給定)。3. 3. 聚合反應(yīng)控制中的幾個其它問題聚合反應(yīng)控制中的

20、幾個其它問題n當(dāng)前工業(yè)界對聚合反應(yīng)器的控制很感興趣，因為現(xiàn)代控制技術(shù)(如最優(yōu)控制、非線性狀態(tài)估計等)可提高生產(chǎn)力，并有利于實現(xiàn)聚合物質(zhì)量控制。n這些技術(shù)目前已經(jīng)用于一直難以控制的、復(fù)雜的乳液聚合。nSaldivar等研究了同時控制半連續(xù)乳液共聚過程中組分與共聚物分子量的問題。利用乳液共聚過程的機(jī)理模型產(chǎn)生開環(huán)最優(yōu)策略，然后在MMA-VA體系中進(jìn)行試驗檢驗。n通過對生成的瞬時聚合物性質(zhì)優(yōu)化，有效地計算了開環(huán)最優(yōu)策略。實驗結(jié)果肯定了這些方法的可行性。模型預(yù)測控制方案(用于在線復(fù)算優(yōu)化策略以計入擾動的影響)的仿真結(jié)果表明，方案性能良好。n該法用聚合物基本知識簡化原本復(fù)雜的優(yōu)化問題，并為選擇調(diào)節(jié)作用增

21、加了自由度。n一釜生產(chǎn)結(jié)束時的MWD測量值用來更新下一釜調(diào)節(jié)作用的軌跡，經(jīng)逐步優(yōu)化，最終成為優(yōu)良的控制策略。n為使優(yōu)化方法擴(kuò)展為在線控制方法，首先必須處置測定MWD時產(chǎn)生的相關(guān)測量誤差的數(shù)學(xué)描述問題。n為此，Clarke-Pringl等開發(fā)了一個多變量統(tǒng)計過程控制(MSPC)監(jiān)控方案以決定反應(yīng)釜何時需要新一輪的優(yōu)化。n當(dāng)MWD為預(yù)期值時，優(yōu)化器處于體止?fàn)顟B(tài)；而當(dāng)過程變化并產(chǎn)生聚合物次品時，優(yōu)化器會快速地對過程再優(yōu)化。n采用模擬的半連續(xù)聚苯乙烯釜進(jìn)行了方案驗證。近似模型產(chǎn)生預(yù)期近似模型產(chǎn)生預(yù)期MWDMWD的逐釜優(yōu)化方法的逐釜優(yōu)化方法間歇聚合釜控制器的魯棒性問題間歇聚合釜控制器的魯棒性問題n由于反

22、應(yīng)器具有很強(qiáng)的非線性，所以間歇聚合釜的動態(tài)特性會隨反應(yīng)進(jìn)行而發(fā)生顯著的變化n此外，反應(yīng)器的溫度控制和聚合物的質(zhì)量控制對間歇聚合釜而言都有重要的規(guī)定，故用于間歇聚合釜的控制器必須具備足夠的魯棒性。nYumotot等討論了幾種用于間歇聚合釜的魯棒控制器的設(shè)計方法，并提出了一種魯棒控制器以滿足上述的需求。n該控制器由基于非線性過程模型的前饋控制器和基于沿最優(yōu)軌跡線性化模型的H/反饋控制器所組成。n其中，所設(shè)計的H/反饋控制器對因非線性和參數(shù)不確定性引起的動態(tài)學(xué)變化是魯棒的。n仿真研究結(jié)果表明了該控制策略的有效性。魯棒性的概念魯棒性的概念n魯棒性就是系統(tǒng)的健壯性。n如計算機(jī)軟件在輸入錯誤、磁盤故障、網(wǎng)

23、絡(luò)過載或有意攻擊情況下，能否不死機(jī)、不崩潰，就是該軟件的魯棒性。n所謂“魯棒性”，是指控制系統(tǒng)在一定（結(jié)構(gòu)，大?。┑膮?shù)擾動下，維持某些性能的特性。n根據(jù)對性能的不同定義，可分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。n以閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性作為目標(biāo)設(shè)計得到的控制器稱為魯棒控制器?？刂葡到y(tǒng)的魯棒性控制系統(tǒng)的魯棒性n控制系統(tǒng)的魯棒性是指控制系統(tǒng)在某種類型的擾動作用下，包括自身模型的擾動下，系統(tǒng)某個性能指標(biāo)保持不變的能力。n對于實際工程系統(tǒng)，人們最關(guān)心的問題是一個控制系統(tǒng)當(dāng)其模型參數(shù)發(fā)生大幅度變化或其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時能否仍保持漸近穩(wěn)定，這叫穩(wěn)定魯棒性穩(wěn)定魯棒性。n進(jìn)而還要求在模型擾動下系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)仍然保持在某個許可范

24、圍內(nèi)，這稱為品質(zhì)魯棒性品質(zhì)魯棒性。n魯棒性理論目前正致力于研究多變量系統(tǒng)多變量系統(tǒng)具有穩(wěn)定魯棒性和品質(zhì)魯棒性的各種條件。n它的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，將是控制系統(tǒng)最終能否成功應(yīng)用于實踐的關(guān)鍵。 n在聚合工業(yè)，特別是多品種、小批量、高附加值的生產(chǎn)，往往使用間歇釜，而間歇釜的溫度控制具有重要的意義。n“古典”的順序控制一般難以滿足要求。n一個理論上可行的方案是先構(gòu)成虛擬閉環(huán)系統(tǒng)。n即：根據(jù)對象模型，通過計算機(jī)仿真設(shè)計出最佳的控制器，并使系統(tǒng)偏差為最小，所獲得的控制器的輸出軌跡就是實際開環(huán)控制所需的軌跡。n然而離線仿真要求模型十分精確，目前尚難實現(xiàn)。間歇聚合釜的溫度控制問題間歇聚合釜的溫度控制問題部分研究

25、進(jìn)展部分研究進(jìn)展n為此人們不得不退而求其次。n如Croivley等借助于在線密度計和增廣卡爾曼濾波器EKF對MMA間歇聚合試驗系統(tǒng)的溫度控制進(jìn)行了研究。n卡爾曼濾波器的主要用途是估計釜壁的有效傳熱系數(shù)，自動計算串級控制系統(tǒng)中夾套溫度的給定值，以便使反應(yīng)溫度以最小的超調(diào)量迅速達(dá)到目標(biāo)溫度。n當(dāng)單體轉(zhuǎn)化率不能直接測得時，卡爾曼濾波器還用于估計單位時間因聚合而產(chǎn)生的熱量，并據(jù)此計算單體轉(zhuǎn)化率。n對于這種間歇聚合過程，Krothapally等研究了同時采用ANN與模型預(yù)測控制的在線優(yōu)化問題。n以ANN按初始條件產(chǎn)生頭2h的溫度對時間的最佳分布，以模型預(yù)測控制計算其后的溫度對時間的最佳分布。n不過，Kr

26、othapally等的工作止于計算機(jī)仿真，并未進(jìn)行物理試驗。n此外，在文獻(xiàn)中還有采用非線性動態(tài)規(guī)劃法計算反應(yīng)器溫度設(shè)定值序列的報道。n其目的是控制自由基間歇聚合過程的重量鏈長分布。結(jié)語n本節(jié)對聚合過程控制工作的近期成果及主要問題做了簡要介紹。限于篇幅，聚合過程控制中的另外一些重要問題(如反應(yīng)器與MWD建模)未能加以討論。n聚合控制具有重大的科學(xué)技術(shù)意義與經(jīng)濟(jì)意義，近年來發(fā)展很快，特點是跨學(xué)科和多學(xué)科的綜合跨學(xué)科和多學(xué)科的綜合，而且往往難度很高，每一個實質(zhì)性的進(jìn)步均需各類專業(yè)人員的通力合作。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)n1Penlidis A. Polymer reaction engineering: f

27、rom reaction kinetics to polymer reactor control. Canadian Journal of Chemical Engineering, 1994, 72(6):385-391n2Coats P D, Johnson A F, Armitage P D. Novel reinforced reaction injection molding (RRIM) processing: Computer-controlled multiple-stream RRIM production of interpenetrating polymer networ

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