CN112748666A - 空分设备变负荷的自适应调度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空分设备变负荷的自适应调度控制方法，包括：确定终点期望目标，然后根据终点期望目标和步长系数将空分设备的变负荷过程分解成一系列的子目标，然后利用求解器对子目标进行优化得到最优子目标，生成变负荷调度表，按照变负荷调度表执行变负荷调度，在执行过程中，根据当前阶段的实际变负荷过程更新变负荷调度表，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度。根据本发明提供的方法，能够在变负荷调度过程中根据实际情况动态调整实施进度以适应空分设备实际变负荷调度过程，保证空气分离的效率和安全性，提高生产稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及空气分离领域，具体地，涉及一种空分设备变负荷的自适应调度控制方法。
背景技术
空气分离设备可以将空气分离为氧气、氮气、氩气三种产品，从而广泛的应用于化工，钢铁冶炼等相关行业。
现有技术中十万以上特大空分的自动变负荷过程不具有自适应能力，因此在实际应用中经常中途停机或者速度缓慢，不得不采用手工操作的方式继续变负荷。而且为变负荷调度变量预先制定的约束条件无法跟上变负荷过程的需要，致使工况走向大幅度波动与高耗时低效率两个极端，很难达到效率和安全性上的平衡。
发明内容
针对现有技术中空气分离效率低、安全性差的技术问题，本发明提供了一种空分设备变负荷的自适应调度控制方法，采用该方法能够在调度过程中根据实际情况动态调整空分进度以适应实际空分设备变负荷调度过程，保证空气分离的效率和安全性，稳定生产。
为实现上述目的，本发明提供的空分设备变负荷的自适应调度控制方法包括以下步骤：S1)确定变负荷调度变量的终点期望目标；S2)根据所述终点期望目标和设定的步长系数将变负荷过程划分为N个阶段，N为大于1的整数；S3)确定每个阶段的预估变负荷时间；S4)计算每个阶段各变负荷调度变量的子目标；S5)对每个阶段各变负荷调度变量的子目标进行优化，确定每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成变负荷调度表；S6)在变负荷过程中按照所述变负荷调度表执行变负荷调度，其中每个阶段各变负荷调度变量达到其最优子目标；S7)在执行至第k个阶段的情况下，根据第k个阶段的实际变负荷时间与第k个阶段的预估变负荷时间的偏差，对所述变负荷调度表进行更新，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度，1＜k＜N。
进一步地，步骤S1)确定变负荷调度变量的终点期望目标，包括：根据物料平衡、能量平衡原则建立空分设备数学模型；利用所述空分设备数学模型和代数求解器验证变负荷调度变量的期望目标的可行性；在所述变负荷调度变量的期望目标的具有可行性的情况下，将所述变负荷调度变量的期望目标作为所述变负荷调度变量的终点期望目标，否则，将所述代数求解器的计算结果中与所述变负荷调度变量的期望目标最接近的一组解作为所述变负荷调度变量的终点期望目标。
进一步地，步骤S3)确定每个阶段的预估变负荷时间，包括：计算每个阶段的长度序列集；根据所述长度序列集计算阶段距离比值系数集γn；根据工艺、第一阶段的变负荷时间值和所述阶段距离比值系数集γn，预估第1阶段的变负荷时间st′1，并将其存入阶段预估时间集st′中。
进一步地，通过以下方式计算每个阶段的长度序列集：
其中，Mn为所述每个阶段的长度序列集，j为变换函数的调节参数，n＝1，2...N为每个阶段的顺序号。
进一步地，根据所述长度序列集计算阶段距离比值系数集γn，包括：
其中，Mn为所述每个阶段的长度序列集。
进一步地，步骤S4)计算每个阶段各变负荷调度变量的子目标，包括：根据所述长度序列集Mn计算每个阶段各变负荷调度变量的阶段子目标序列集：
ΔHi*M1，ΔHi*(M2-M1)...ΔHi*(MN-MN-1)
其中i为所述变负荷调度变量的序号，ΔHi为第i个变负荷调度变量的期望值与实际值的偏差绝对值。
进一步地，步骤S5)对每个阶段各变负荷调度变量的子目标进行优化，确定每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成变负荷调度表，包括：将所述阶段子目标序列集代入所述空分设备数学模型，利用所述代数求解器计算每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成所述变负荷调度表。
进一步地，步骤S7)在执行至第k个阶段的情况下，根据第k个阶段的实际变负荷时间与第k个阶段的预估变负荷时间的偏差，对所述变负荷调度表进行更新，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度，包括：计算变负荷时间偏差积分量Δttotal；在θmin≤Δttotal≤θmax的情况下，根据所述变负荷调度表执行第k阶段的最优子目标，在k+1≥N的情况下结束变负荷过程，k+1＜N的情况下置k′＝k+1，继续执行下一阶段变负荷过程，θmin和θmax为重调度阈值系数；在Δttotal＜θmin的情况下，增加所述步长系数K′＝(1+ε)K，根据增加之后的步长系数K′继续执行步骤S2)-S6)；在Δttotal＞θmax的情况下，减少所述步长系数K′＝(1-ε)K，根据减少之后的步长系数K′继续执行步骤S2)-S6)。
进一步地，通过以下方式计算变负荷时间偏差积分量Δttotal：
其中，αi为各个阶段的误差权系数，m为累计计算起点阶段，Δti为第i个阶段的实际变负荷时间与预估变负荷时间的偏差，1≤i≤k。
进一步地，所述方法还包括：在θmin≤Δttotal≤θmax的情况下，记录第k个阶段的实际变负荷时间tk，所述实际变负荷时间为所述最优子目标输入所述空分设备直至实际最优子目标落入偏差控制区间内的持续时间，根据所述阶段距离比值系数集γn更新下一阶段的预估变负荷时间st′k+1＝tk×γk+1，将更新后的下一阶段的预估时间st′k+1存入所述阶段预估时间集st′中。
通过本发明提供的技术方案，本发明至少具有如下技术效果：
本发明的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，首先确定终点期望目标，然后根据终点期望目标和步长系数将空分设备的变负荷过程分解成一系列的子目标，然后利用求解器对子目标进行优化得到最优子目标，生成变负荷调度表，按照变负荷调度表执行变负荷调度，在执行过程中，根据当前阶段的实际变负荷过程更新变负荷调度表，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度。根据本发明提供的方法，能够在变负荷调度过程中根据实际情况动态调整实施进度以适应空分设备实际变负荷调度过程，保证空气分离的效率和安全性，提高生产稳定性。
它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例提供的空分设备变负荷的自适应调度控制方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
请参考图1，本发明实施例提供一种空分设备变负荷的自适应调度控制方法，该方法包括以下步骤：S1)确定变负荷调度变量的终点期望目标；S2)根据所述终点期望目标和设定的步长系数将变负荷过程划分为N个阶段，N为大于1的整数；S3)确定每个阶段的预估变负荷时间；S4)计算每个阶段各变负荷调度变量的子目标；S5)对每个阶段各变负荷调度变量的子目标进行优化，确定每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成变负荷调度表；S6)在变负荷过程中按照所述变负荷调度表执行变负荷调度，其中每个阶段各变负荷调度变量达到其最优子目标；S7)在执行至第k个阶段的情况下，根据第k个阶段的实际变负荷时间与第k个阶段的预估变负荷时间的偏差，对所述变负荷调度表进行更新，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度，1<k<N。
下面将详细说明本申请提供的空分设备变负荷的自适应调度控制方法。
首先执行步骤S1)确定变负荷调度变量的终点期望目标：根据物料平衡、能量平衡原则建立空分设备数学模型；利用所述空分设备数学模型和代数求解器验证变负荷调度变量的期望目标的可行性；在所述变负荷调度变量的期望目标的具有可行性的情况下，将所述变负荷调度变量的期望目标作为所述变负荷调度变量的终点期望目标，否则，将所述代数求解器的计算结果中与所述变负荷调度变量的期望目标最接近的一组解作为所述变负荷调度变量的终点期望目标。
具体地，本发明实施方式中，根据物料平衡、能量平衡原则建立空分设备数学模型，将变负荷调度变量的期望目标代入空分设备数学模型后使用代数求解器对输入的期望目标进行可行性验证。如果变负荷调度变量的期望目标具有可行性，直接将变负荷调度变量的期望目标作为终点期望目标。如果变负荷调度变量的期望目标不可行，则根据代数求解器计算结果返回与输入的期望目标最接近的一组解，并以该组解作为变负荷调度变量的终点期望目标。
接着执行步骤S2)根据所述终点期望目标和设定的步长系数将变负荷过程划分为N个阶段，N为大于1的整数。
接着执行步骤S3)确定每个阶段的预估变负荷时间，包括：计算每个阶段的长度序列集；根据所述长度序列集计算阶段距离比值系数集γn；根据工艺、第一阶段的变负荷时间值和所述阶段距离比值系数集γn，预估第1阶段的变负荷时间st′1，并将其存入阶段预估时间集st′中。
具体地，通过以下方式计算每个阶段的长度序列集：
其中，Mn为每个阶段的长度序列集，j为变换函数的调节参数，n＝1，2...N为每个阶段的顺序号。
进一步地，根据长度序列集计算阶段距离比值系数集γn：
其中，Mn为每个阶段的长度序列集。根据工艺预估第1阶段的变负荷时间st′1，并将其存入阶段预估时间集st′中。
接着执行步骤S4)计算每个阶段各变负荷调度变量的子目标，包括：根据所述长度序列集Mn计算每个阶段各变负荷调度变量的阶段子目标序列集：
ΔHi*M1，ΔHi*(M2-M1)...ΔHi*(MN-MN-1)
其中i为所述变负荷调度变量的序号，ΔHi为第i个变负荷调度变量的期望值与实际值的偏差绝对值。
接着执行步骤S5)对每个阶段各变负荷调度变量的子目标进行优化，确定每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成变负荷调度表，包括：将步骤4)得到的阶段子目标序列集代入步骤1)得到的空分设备数学模型中并利用代数求解器计算每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，将最优子目标作为初始值保存到空分设备变负荷调度表中，生成变负荷调度表。
接着执行步骤S6)在变负荷过程中按照所述变负荷调度表执行变负荷调度，其中每个阶段各变负荷调度变量达到其最优子目标。
接着执行步骤S7)在执行至第k个阶段的情况下，根据第k个阶段的实际变负荷时间与第k个阶段的预估变负荷时间的偏差，对所述变负荷调度表进行更新，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度。
具体地，通过以下方式计算变负荷时间偏差积分量Δttotal：
其中，αi为各个阶段的误差权系数，m为累计计算起点阶段，Δti为第i个阶段的实际变负荷时间与预估变负荷时间的偏差，1≤i≤k。
如果Δttotal＜θmin，增加步长系数K′＝(1+ε)K，根据增加之后的步长系数K′继续执行步骤S2)-S6)，其中θmin为重调度阈值系数。
如果Δttotal＞θmax，减少所述步长系数K′＝(1-ε)K，根据减少之后的步长系数K′继续执行步骤S2)-S6)，其中θmax为重调度阈值系数。
如果θmin≤Δttotal≤θmax，将步骤5)得出的空分设备变负荷调度表中的第k阶段各变负荷调度变量的最优子目标输入空分设备。
进一步地，在θmin≤Δttotal≤θmax的情况下，记录第k个阶段的实际变负荷时间tk，实际变负荷时间为最优子目标输入空分设备直至实际最优子目标落入偏差控制区间内的持续时间，根据阶段距离比值系数集γn更新下一阶段的预估变负荷时间st′k+1＝tk×γk+1，将更新后的下一阶段的预估时间st′k+1存入阶段预估时间集st′中。计算出当前阶段实际持续时间tk与预估时间st′k的偏差Δtk。在k+1＜N的情况下置k′＝k+1，重新计算Δttotal，按照同样的方法继续执行下一阶段变负荷过程；在k+1≥N的情况下，结束变负荷过程。
根据本发明提供的方法，能够在变负荷调度过程中根据实际情况动态调整实施进度以适应空分设备实际变负荷调度过程，保证空气分离的效率和安全性，提高生产稳定性。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (10)
1.一种空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，所述空分设备变负荷的自适应调度控制方法包括：
S1)确定变负荷调度变量的终点期望目标；
S2)根据所述终点期望目标和设定的步长系数将变负荷过程划分为N个阶段，N为大于1的整数；
S3)确定每个阶段的预估变负荷时间；
S4)计算每个阶段各变负荷调度变量的子目标；
S5)对每个阶段各变负荷调度变量的子目标进行优化，确定每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成变负荷调度表；
S6)在变负荷过程中按照所述变负荷调度表执行变负荷调度，其中每个阶段各变负荷调度变量达到其最优子目标；
S7)在执行至第k个阶段的情况下，根据第k个阶段的实际变负荷时间与第k个阶段的预估变负荷时间的偏差，对所述变负荷调度表进行更新，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度，1<k<N。
2.根据权利要求1所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，步骤S1)确定变负荷调度变量的终点期望目标，包括：
根据物料平衡、能量平衡原则建立空分设备数学模型；
利用所述空分设备数学模型和代数求解器验证变负荷调度变量的期望目标的可行性；
在所述变负荷调度变量的期望目标的具有可行性的情况下，将所述变负荷调度变量的期望目标作为所述变负荷调度变量的终点期望目标，否则，将所述代数求解器的计算结果中与所述变负荷调度变量的期望目标最接近的一组解作为所述变负荷调度变量的终点期望目标。
3.根据权利要求2所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，步骤S3)确定每个阶段的预估变负荷时间，包括：
计算每个阶段的长度序列集；
根据所述长度序列集计算阶段距离比值系数集γn；
根据工艺、第一阶段的变负荷时间值和所述阶段距离比值系数集γn，预估第1阶段的变负荷时间st′1，并将其存入阶段预估时间集st′中。
4.根据权利要求3所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，通过以下方式计算每个阶段的长度序列集：
其中，Mn为所述每个阶段的长度序列集，j为变换函数的调节参数，n＝1，2...N为每个阶段的顺序号。
5.根据权利要求4所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，根据所述长度序列集计算阶段距离比值系数集γn，包括：
其中，Mn为所述每个阶段的长度序列集。
6.根据权利要求5所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，步骤S4)计算每个阶段各变负荷调度变量的子目标，包括：
根据所述长度序列集Mn计算每个阶段各变负荷调度变量的阶段子目标序列集：
ΔHi*M1，ΔHi*(M2-M1)...ΔHi*(MN-MN-1)
其中i为所述变负荷调度变量的序号，ΔHi为第i个变负荷调度变量的期望值与实际值的偏差绝对值。
7.根据权利要求6所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，步骤S5)对每个阶段各变负荷调度变量的子目标进行优化，确定每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成变负荷调度表，包括：
将所述阶段子目标序列集代入所述空分设备数学模型，利用所述代数求解器计算每个阶段各变负荷调度变量的最优子目标，生成所述变负荷调度表。
8.根据权利要求7所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，步骤S7)在执行至第k个阶段的情况下，根据第k个阶段的实际变负荷时间与第k个阶段的预估变负荷时间的偏差，对所述变负荷调度表进行更新，按照更新后的变负荷调度表执行剩余阶段的变负荷调度，包括：
计算变负荷时间偏差积分量Δttotal；
在θmin≤Δttotal≤θmax的情况下，根据所述变负荷调度表执行第k阶段的最优子目标，在k+1≥N的情况下结束变负荷过程，k+1＜N的情况下置k′＝k+1，继续执行下一阶段变负荷过程，θmin和θmax为重调度阈值系数；
在Δttotal＜θmin的情况下，增加所述步长系数K′＝(1+ε)K，根据增加之后的步长系数K′继续执行步骤S2)-S6)；
在Δttotal＞θmax的情况下，减少所述步长系数K′＝(1-ε)K，根据减少之后的步长系数K′继续执行步骤S2)-S6)。
9.根据权利要求8所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，通过以下方式计算变负荷时间偏差积分量Δttotal：
其中，αi为各个阶段的误差权系数，m为累计计算起点阶段，Δti为第i个阶段的实际变负荷时间与预估变负荷时间的偏差，1≤i≤k。
10.根据权利要求9所述的空分设备变负荷的自适应调度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在θmin≤Δttotal≤θmax的情况下，记录第k个阶段的实际变负荷时间tk，所述实际变负荷时间为所述最优子目标输入所述空分设备直至实际最优子目标落入偏差控制区间内的持续时间，根据所述阶段距离比值系数集γn更新下一阶段的预估变负荷时间st′k+1＝tk×γk+1，将更新后的下一阶段的预估时间st′k+1存入所述阶段预估时间集st′中。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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