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第1章 绪论1

1.1 流程系统中的模拟技术2

1.2 流程系统中的优化技术3

1.2.1 流程系统的稳态实时优化4

1.2.2 流程系统的动态优化10

1.3 流程模拟和优化技术的研究现状与趋势18

1.3.1 流程系统的发展趋势18

1.3.2 流程系统的建模技术19

1.3.3 数据校正和参数估计21

1.3.4 单层结构RTO21

1.3.5 动态RTO23

1.4 实时模拟与优化中的关键问题24

1.4.1 鲁棒求解策略24

1.4.2 高效求解策略26

1.5 本书的组织结构28

参考文献30

第2章 非线性规划算法及其鲁棒扩展38

2.1 非线性规划基础38

2.1.1 最优解及最优性条件38

2.1.2 收敛速度40

2.1.3 全局化策略40

2.2 非线性规划算法及其简约空间实现46

2.2.1 序列二次规划算法——SQP46

2.2.2 内点法——IPM48

2.2.3 简约空间方法51

2.3 线性相关系统求解55

2.3.1 结构正则化方法55

2.3.2 变维法62

2.4 可行性恢复阶段66

2.4.1 障碍法可行性恢复66

2.4.2 投影梯度可行性恢复67

2.4.3 无可行性恢复的鲁棒算法75

2.5 小结78

参考文献79

第3章 回溯同伦法——HBM82

3.1 背景和问题介绍82

3.2 回溯同伦算法及其实现84

3.2.1 变工况同伦序列问题构造84

3.2.2 HBM算法的实现87

3.3 性能分析与讨论89

3.3.1 算法大范围性能收敛测试90

3.3.2 流程物理边界搜索92

3.3.3 回溯系数的影响93

3.3.4 多维工况变量96

3.4 基于灵敏度的回溯同伦算法——sHBM97

3.4.1 sHBM方法98

3.4.2 数值实验99

3.5 小结100

参考文献101

第4章 记忆增强型实时优化算法——MEO102

4.1 MEO思想102

4.2 MEO方法和分析109

4.2.1 MEO框架109

4.2.2 理论分析112

4.3 基于灵敏度的MEO方法——sMEO120

4.3.1 sMEO方法121

4.3.2 数值实验122

4.4 MEO方法的全局最优性扩展——gMEO125

4.4.1 gMEO方法125

4.4.2 数值实验128

4.5 MEO软件架构与功能模块开发132

4.5.1 MEO软件系统架构132

4.5.2 MEO框架总体设计133

4.5.3 标准数据接口与数据结构设计137

4.6 MEO功能模块开发139

4.6.1 MEO全局函数及数据139

4.6.2 计算服务集对外接口设计140

4.6.3 计算服务集各服务的设计与开发141

4.6.4 监控配置服务集的设计与开发143

4.7 MEO在Aspen Plus下的应用145

4.7.1 Aspen Plus中调用MEO框架145

4.7.2 MEO框架在Aspen Plus下应用实例148

4.8 小结154

参考文献155

第5章 收敛深度控制算法——CDC157

5.1 收敛深度控制的提出157

5.2 基于简约空间SQP算法的收敛深度控制159

5.2.1 收敛深度控制准则159

5.2.2 收敛准则性质证明162

5.2.3 数值实验163

5.3 基于内点法的收敛深度控制170

5.3.1 收敛深度控制准则170

5.3.2 收敛准则性质证明171

5.3.3 数值实验180

5.4 小结185

参考文献185

第6章 优化求解器的参数自动整定——PAT187

6.1 优化求解器参数与性能的关系187

6.2 基于启发式和直接搜索算法的参数自动整定框架190

6.2.1 参数自动整定整体算法框架概述191

6.2.2 启发式算法及参数关联性的处理192

6.2.3 直接搜索算法193

6.2.4 算法框架的实施194

6.2.5 数值实验197

6.3 基于随机采样的参数自动整定算法199

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199

6.3.2 数值实验202

6.4 小结213

参考文献214

第7章 开放架构的流程模拟与优化软件体系216

7.1 流程模拟软件的研究和开发216

7.2 Aspen Open Solvers接口集描述218

7.3 基于AOS接口的内点算法求解器220

7.3.1 求解器接口的实现和IPOPT的封装220

7.3.2 标度化技术222

7.4 扩展Aspen Plus对CAPE-OPEN优化求解器的兼容性225

7.5 数值实验228

7.6 小结233

参考文献233

第8章 PTA生产过程实时模拟与优化235

8.1 PTA生产过程介绍235

8.2 氧化反应器建模236

8.3 氧化工段全流程仿真模拟239

8.3.1 高压吸收塔模拟结果241

8.3.2 溶剂汽提塔模拟结果242

8.3.3 溶剂脱水塔系统模拟结果242

8.4 PTA生产过程实时模拟与监控系统243

8.4.1 计算服务系统技术构架244

8.4.2 监控系统服务端软件246

8.4.3 监控系统客户端软件简介247

8.4.4 系统预测成效分析248

8.5 PTA生产过程的实时操作优化249

8.6 小结253

参考文献253

第9章 空分生产过程变负荷模拟与优化254

9.1 工业低温空分装置流程介绍254

9.2 低温空分流程建模及模拟257

9.2.1 热力学模型选择259

9.2.2 面向工业装置操作模拟的变量设置方案259

9.2.3 稳态流程模拟结果261

9.3 空分装置变负荷操作优化命题262

9.4 空分自动变负荷操作优化求解264

9.4.1 工况可行域分析264

9.4.2 同伦法求解近似不连续解267

9.4.3 不等式约束的同伦路线构造270

9.5 自动变负荷优化结果与工业装置数据对比272

9.5.1 自动变负荷问题的可行产量组合272

9.5.2 自动变负荷问题的物理边界分析274

9.6 小结278

参考文献278

索引280