复杂流程系统的实时模拟与优化

《信息化与工业化两化融合研究与应用》序前言第1章 绪论 1.1 流程系统中的模拟技术 1.2 流程系统中的优化技术 1.2.1 流程系统的稳态实时优化 1.2.2 流程系统的动态优化 1.3 流程模拟和优化技术的研究现状与趋势 1.3.1 流程系统的发展趋势 1.3.2 流程系统的建模技术 1.3.3 数据校正和参数估计 1.3.4 单层结构RTO 1.3.5 动态RTO 1.4 实时模拟与优化中的关键问题 1.4.1 鲁棒求解策略 1.4.2 高效求解策略 1.5 本书的组织结构 参考文献第2章 非线性规划算法及其鲁棒扩展 2.1 非线性规划基础 2.1.1 最优解及最优性条件 2.1.2 收敛速度 2.1.3 全局化策略 2.2 非线性规划算法及其简约空间实现 2.2.1 序列二次规划算法——SQP 2.2.2 内点法——IPM 2.2.3 简约空间方法 2.3 线性相关系统求解 2.3.1 结构正则化方法 2.3.2 变维法 2.4 可行性恢复阶段 2.4.1 障碍法可行性恢复 2.4.2 投影梯度可行性恢复 2.4.3 无可行性恢复的鲁棒算法 2.5 小结 参考文献第3章 回溯同伦法——HBM 3.1 背景和问题介绍 3.2 回溯同伦算法及其实现 3.2.1 变工况同伦序列问题构造 3.2.2 HBM算法的实现 3.3 性能分析与讨论 3.3.1 算法大范围性能收敛测试 3.3.2 流程物理边界搜索 3.3.3 回溯系数的影响 3.3.4 多维工况变量 3.4 基于灵敏度的回溯同伦算法——SHBM 3.4.1 SHBM方法 3.4.2 数值实验 3.5 小结 参考文献第4章 记忆增强型实时优化算法——MEO 4.1 MEO思想 4.2 MEO方法和分析 4.2.1 MEO框架 4.2.2 理论分析 4.3 基于灵敏度的MEO方法——sMEO 4.3.1 sMEO方法 4.3.2 数值实验 4.4 MEO方法的全局最优性扩展——gMEO 4.4.1 gMEO方法 4.4.2 数值实验 4.5 MEO软件架构与功能模块开发 4.5.1 MEO软件系统架构 4.5.2 MEO框架总体设计 4.5.3 标准数据接口与数据结构设计 4.6 MEO功能模块开发 4.6.1 MEO全局函数及数据 4.6.2 计算服务集对外接口设计 4.6.3 计算服务集各服务的设计与开发 4.6.4 监控配置服务集的设计与开发 4.7 MEO在Aspen Plus下的应用 4.7.1 Aspen Plus中调用MEO框架 4.7.2 MEO框架在Aspen Plus下应用实例 4.8 小结 参考文献第5章 收敛深度控制算法——CDC 5.1 收敛深度控制的提出 5.2 基于简约空间SQP算法的收敛深度控制 5.2.1 收敛深度控制准则 5.2.2 收敛准则性质证明 5.2.3 数值实验 5.3 基于内点法的收敛深度控制 5.3.1 收敛深度控制准则 5.3.2 收敛准则性质证明 5.3.3 数值实验 5.4 小结 参考文献第6章 优化求解器的参数自动整定——PAT 6.1 优化求解器参数与性能的关系 6.2 基于启发式和直接搜索算法的参数自动整定框架 6.2.1 参数自动整定整体算法框架概述 6.2.2 启发式算法及参数关联性的处理 6.2.3 直接搜索算法 6.2.4 算法框架的实施 6.2.5 数值实验 6.3 基于随机采样的参数自动整定算法 6.3.1 随机采样参数整定算法和改进随机采样参数整定算法 6.3.2 数值实验 6.4 小结 参考文献第7章 开放架构的流程模拟与优化软件体系 7.1 流程模拟软件的研究和开发 7.2 Aspen Open Solvers接口集描述 7.3 基于AOS接口的内点算法求解器 7.3.1 求解器接口的实现和IPOPT的封装 7.3.2 标度化技术 7.4 扩展Aspen Plus对CAPE—OPEN优化求解器的兼容性 7.5 数值实验 7.6 小结 参考文献第8章 PTA生产过程实时模拟与优化 8.1 PTA生产过程介绍 8.2 氧化反应器建模 8.3 氧化工段全流程仿真模拟 8.3.1 高压吸收塔模拟结果 8.3.2 溶剂汽提塔模拟结果 8.3.3 溶剂脱水塔系统模拟结果 8.4 PTA生产过程实时模拟与监控系统 8.4.1 计算服务系统技术构架 8.4.2 监控系统服务端软件 8.4.3 监控系统客户端软件简介 8.4.4 系统预测成效分析 8.5 PTA生产过程的实时操作优化 8.6 小结 参考文献第9章 空分生产过程变负荷模拟与优化 9.1 工业低温空分装置流程介绍 9.2 低温空分流程建模及模拟 9.2.1 热力学模型选择 9.2.2 面向工业装置操作模拟的变量设置方案 9.2.3 稳态流程模拟结果 9.3 空分装置变负荷操作优化命题 9.4 空分自动变负荷操作优化求解 9.4.1 工况可行域分析 9.4.2 同伦法求解近似不连续解 9.4.3 不等式约束的同伦路线构造 9.5 自动变负荷优化结果与工业装置数据对比 9.5.1 自动变负荷问题的可行产量组合 9.5.2 自动变负荷问题的物理边界分析 9.6 小结 参考文献索引

《复杂流程系统的实时模拟与优化》可以作为运筹学、应用数学、系统工程等领域的科研参考，了解大规模非线性规划技术的应用基础理论现状；也可供化学工程等相关应用领域的研究人员和工程技术人员参考。《复杂流程系统的实时模拟与优化》围绕复杂流程系统的模拟与优化，从非线性规划算法内核、模拟与优化技术、流程对象的优化应用三个层面论述相关理论和方法。《复杂流程系统的实时模拟与优化》汇集了作者在鲁棒优化算法构造、收敛性增强、先进初值策略、高效实时算法、优化求解器参数整定等多方面长期的理论和技术研究成果，系统地阐述了提高流程模拟与优化收敛性和实时性的新思路和新方法。结合PTA装置、空分装置的流程模拟与优化实践，对软件开发、系统实施等进行了介绍。 由于流程对象的特征，《复杂流程系统的实时模拟与优化》关注的是处理大规模、复杂、连续的优化问题。相应地，《复杂流程系统的实时模拟与优化》偏重于大规模优化技术，例如内点法、简约空间方法、序列二次规划方法；针对复杂系统模型存在的线性相关/病态/奇异等特征带来的优化求解局限性和收敛困难、非线性系统模拟/优化的初值敏感性、刚性收敛准则对计算效率的负面影响、优化求解器在计算实践中的性能瓶颈等问题，分别提出了相应的解决方法。虽然《复杂流程系统的实时模拟与优化》的讨论范畴是流程系统的稳态模拟与优化，但是所述理论与方法同样适用于联立策略下的动态系统求解。