聚合反應過程分子量分布建模與控制的新方法

《聚合反應過程分子量分布建模與控制的新方法》是依託北京化工大學，由曹柳林擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：聚合反應過程分子量分布建模與控制的新方法
• 依託單位：北京化工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：曹柳林

項目摘要

分子量分布（MWD）是高聚物產品最重要的質量指標之一，對它實施線上控制是實現聚合生產直接質量控制的關鍵環節。本項目的研究目標是：針對聚合反應過程，建立聚合物分子量分布各階矩的灰箱模型，研究基於矩向量的控制策略，以此達到對分子量分布建模和控制的目標。根據聚合產品的MWD數據，利用正交投影方法，建立分布和其各階矩之間可相互轉換的數學模型，實現三維空間的分布函式向二維時間域的映射；解析典型聚合過程的基元反應式，抽取其中先驗知識節點組成基函式集，構成灰箱模型的框架結構，利用結構逼近式神經網路建立控制變數與分子量分布之間的灰箱模型；使用假想教師方法利用可測參數（如反應溫度、聚合物濃度等）估計不可測變數，建立分布函式矩向量的數學模型，為模型的驗證，線上修正和相應的控制策略奠定基礎。最後，在上述模型基礎上，研究基於MWD矩的分布參數的控制策略。

結題摘要

分子量分布（MWD）是高聚物產品最重要的質量指標之一，對它實施線上控制是實現聚合生產直接質量控制的關鍵環節。由於MWD至今不能線上測量，因此直接質量控制成為難題。首先提出利用組合神經網路建立MWD灰箱模型的新結構。突破點在於實現了網路參數與MWD矩值間的等效相關，使模型的狀態變數（前向網路的輸出）具有重要物理意義，為利用矩值預估、修正和控制MWD提供新思路和途徑。提出利用有限階矩值對MWD實現部分閉環反饋控制的解決方案。針對被控矩向量自身的相關性，對矩值自由度與分布函式參變數數之間的關係進行分析，推導出被控矩向量的降維準則。結合可測或可推斷的低階矩，提出新的擴展的控制性能指標，實現聚合過程MWD部分閉環反饋控制。為方便控制策略的求解，對描述控制變數與分布輸出的前向網路結構進行改進，提出SNARX-OPNN網路。基於此模型，針對系統中存在的不確定擾動和模型失配等問題，將H∞控制算法套用於MWD的控制中。探索利用周期操作模式控制半間歇反應器MWD的方法，提出通過控制引發劑方波進料的占空比實現預期分子量分布的形狀控制。仿真研究表明，採用周期進料，聚合產物質量指標可以獲得具有更寬的變化範圍。提出兩種結構逼近式建模方法建立複雜非線性系統的模型：研究使用參數分離和結構分離的方式建立複雜化學反應過程的模型方法，提出基於反應基元建立非線性系統模型的灰箱建模方法。