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第一章 概述1

第一节 化工过程最优化问题的数学描述及类型1

一、概述1

二、化工过程最优化问题的数学描述4

三、化工过程最优化问题的内容6

第二节 最优化的目标函数7

一、目标函数的基本形式7

二、确定过程目标函数时应用注意的几个问题9

三、化工过程最优化目标函数举例12

第三节 最优化的约束条件18

一、最优化的约束条件18

二、约束条件具有的特性20

第四节 化工过程最优化的数学模型21

一、建立数学模型的一些基本考虑21

二、过程数学模型的建立22

三、建立数学模型中应注意的几个问题26

四、典型化工过程数学模型举例29

第二章 化工过程在线静态最优化38

第一节 概述38

一、在线静态最优化的特点38

二、化工过程静态最优化的三种类型40

三、静态最优化的目标函数与约束条件40

第二节 静态最优化方法44

一、概述44

二、无约束条件的最优化方法46

三、具有约束条件的最优化方法56

四、大型问题的分解-协调方法66

第三节 在线最优操作72

一、化工过程最优操作条件的分析72

二、多级冷却系统最优操作条件的确定83

三、流动床催化裂化(FCC)过程的最优化90

四、磷酸盐干燥炉静态最优控制97

五、化学反应器最优操作条件的确定104

第四节 最优资源分配111

一、概述111

二、n级错流萃取过程溶剂量的最优分配112

三、含有单循环的错流多级萃取过程溶剂量的最优分配118

第五节 生产过程的最优调度124

一、概述124

二、周期性生产并联设备间的最优调度126

三、电厂负荷的最优调度133

四、生产运输的最优调度135

五、催化剂最优更换周期的确定138

第六节 在线静态最优化的设计和经济效益143

一、在线静态最优化的设计与实施中的几个问题143

三、静态最优化经济收益预估的方法145

二、在线静态最优化的经济效益145

第三章 化工过程动态最优控制方法152

第一节 概述152

一、动态最优控制问题的提法152

二、闭环控制结构形式153

三、目标函数和容许控制153

第二节 最大值原理的应用156

一、最大值原理156

二、线性二次型问题160

三、最大值原理在精馏塔控制中的应用167

四、离散最大值原理在连续搅拌反应器最优化中的应用176

五、最大值原理在一类管式过程控制中的应用181

第三节 时间最优控制在化工过程控制中的应用188

一、时间最优控制原理188

二、精馏塔的最优开关控制195

三、给定值变化时化工过程的时间最优控制202

四、锅式搅拌间歇反应器自适应时间最优计算机控制208

第四节 动态规划在化工过程控制中的应用213

一、动态规划原理及计算方法213

二、用动态规划解离散最优控制系统222

三、吸收塔的最优控制225

第五节 卡尔曼滤波器的应用229

一、基本卡尔曼滤波器229

二、初始信息和模型参数变化时卡尔曼滤波器的改进235

三、非线性卡尔曼滤波器242

四、卡尔曼滤波器在化工过程控制中的应用举例244

第六节 次最优控制系统及其应用265

一、次最优控制算法265

二、连续锅式搅拌反应器(CSTR)的次最优控制269

三、非线性吸收塔的次最优控制274

一、模态控制原理277

第七节 模态控制277

二、双效蒸发器的模态控制280

第四章 化工单元过程的最优控制285

第一节 蒸发过程的最优控制285

一、蒸发过程的数学模型及简化285

二、双效蒸发器的多变量最优反馈控制297

三、双效蒸发器多变量最优前馈-反馈控制301

四、双效蒸发器在给定值改变时的最优控制303

五、双效蒸发器的时间最优控制308

六、双效蒸发器模型参考自适应控制(MRAC)316

第二节 精馏过程的最优控制319

一、精馏过程的数学模型及简化322

二、二元精馏塔塔顶产品浓度的最优反馈控制331

三、二无精馏塔两端产品纯度的最优控制337

四、精馏塔在线离散动态最优控制346

五、二元精馏塔的多变量解耦控制354

六、自校正调节器在二元精馏塔中的应用361

七、多元精馏塔的推断控制377

第三节 化学反应过程的最优控制391

一、连续搅拌锅式反应器的时间最优控制391

二、连续锅式搅拌反应器的次最优控制398

第五章 化工装置(工厂)最优控制应用示例418

第一节 化工装置最优化数学模型418

一、催化裂化装置的最优化数学模型418

二、以乙烷、丙烷为原料的乙烯装置的最优化模型424

第二节 氨合成塔最优计算机控制433

一、氨合成塔动态数学模型的开发434

二、PI和多回路控制器的设计443

三、离散线性二型最优控制447

四、各种控制算法的比较453

第三节 应用动态规划法使氨生产最优化453

一、大型氨厂数学模型的建立454

二、最优化目标函数的确立456

三、最优化的求解459

第四节 乙烯装置裂解炉收率计算机最优控制459

一、概述459

二、乙烯裂解炉的最优操作条件462

三、乙烯裂解炉最大收益控制465

四、用最大值原理求丙烷裂解炉最优操作条件469

第五节 工业锅炉局部状态反馈控制476

一、多变量控制系统局部状态反馈的设计方法476

二、工业锅炉的数学模型483

三、工业锅炉的局部状态反馈控制485

第六节 大型化工装置模态控制方法488

一、一类典型化工装置的数学模型488

二、典型化工装置模态控制系统的设计499

参考文献506