一種氣相共聚抗沖聚丙烯質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種針對(duì)氣相流化床生產(chǎn)工藝的氣相共聚抗沖聚丙烯（PP）產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)，包括與氣相PP對(duì)象連接的現(xiàn)場(chǎng)過程儀表、現(xiàn)場(chǎng)分析儀表、集散控制系統(tǒng)（DCS）、實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)服務(wù)器及先進(jìn)控制服務(wù)器。所述的先進(jìn)控制服務(wù)器包括：OPC客戶端及數(shù)據(jù)接口模塊、抗沖牌號(hào)PP生產(chǎn)過程質(zhì)量指標(biāo)模型預(yù)測(cè)模塊，PP質(zhì)量指標(biāo)粒子濾波聯(lián)合估計(jì)及質(zhì)量指標(biāo)顯示模塊，以及提供了一種氣相共聚抗沖聚丙烯質(zhì)量指標(biāo)的在線估計(jì)方法。本發(fā)明提供一種抗沖牌號(hào)氣相共聚聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)熔融指數(shù)、乙烯質(zhì)量分率、抗沖強(qiáng)度實(shí)時(shí)在線估計(jì)系統(tǒng)及方法。
【專利說明】一種氣相共聚抗沖聚丙烯質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)及方法 (一） 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明涉及工業(yè)過程控制領(lǐng)域，是一種針對(duì)氣相流化床生產(chǎn)工藝的氣相共聚抗沖 聚丙烯質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)。 (二） 【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯（polypropylene)是由丙烯聚合而制得的一種熱塑性樹脂。聚丙烯為無色， 無臭，無味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，是目前所有塑料中最輕的品種之一。具有良好的電性 能和高頻絕緣性不受濕度影響，但低溫時(shí)變脆、不耐磨、易老化。適于制作一般機(jī)械零件、 耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸、堿等有機(jī)溶劑對(duì)它幾乎不起作用，可用于食具。目前， 聚丙烯主要用氣相和本體工藝生產(chǎn)，全球氣相和本體環(huán)管工藝樹脂的增長(zhǎng)強(qiáng)烈的挑戰(zhàn)著淤 漿工藝的產(chǎn)品。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，淤漿工藝正逐步被淘汰。全球PP生產(chǎn)工藝中， Basell公司的Spheripol環(huán)管/氣相工藝占主導(dǎo)地位，目前該工藝占全球PP生產(chǎn)的50%。
[0003] 以Spheripol工藝為對(duì)象，在Z-N催化劑聚合機(jī)理的基礎(chǔ)上，建立了適用于工業(yè) 應(yīng)用的聚丙烯熔融指數(shù)預(yù)測(cè)模型和乙丙抗沖共聚物的乙烯質(zhì)量分率預(yù)測(cè)模型，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品 質(zhì)量的軟測(cè)量和在線控制。Spheripol工藝可生產(chǎn)丙烯均聚物，無規(guī)共聚物以及乙丙抗沖 共聚物。生產(chǎn)均聚和無規(guī)共聚產(chǎn)品時(shí)采用兩個(gè)串聯(lián)的環(huán)管反應(yīng)器。其中無規(guī)共聚產(chǎn)品的 第二、三單體分別為乙烯和丁烯，有時(shí)也只加入第二單體丁烯。而抗沖聚丙烯為嵌段聚合 產(chǎn)物，其生產(chǎn)過程分為均聚和共聚：首先丙烯在兩個(gè)串聯(lián)環(huán)管中進(jìn)行均聚，經(jīng)過閃蒸的粉料 隨后進(jìn)入氣相流化床內(nèi)進(jìn)行乙丙共聚。這里主要針對(duì)研究的是共聚階段的聚丙烯質(zhì)量指 標(biāo)。Spheripol工藝的聚丙烯生產(chǎn)過程包含復(fù)雜的鏈活化、鏈引發(fā)、鏈增長(zhǎng)、鏈轉(zhuǎn)移和鏈終 止5個(gè)可逆反應(yīng)系列，表征抗沖聚丙烯牌號(hào)的質(zhì)量指標(biāo)主要有聚合物熔融指數(shù)及乙烯質(zhì)量 分率，而質(zhì)量指標(biāo)通常是在線不可測(cè)的。采用常規(guī)的經(jīng)驗(yàn)操作會(huì)造成PP產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大、 中間過渡產(chǎn)品多、物耗和能耗高、存在安全隱患及操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大的狀況。利用多牌號(hào) 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)技術(shù)可以實(shí)時(shí)推斷產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)，從而監(jiān)控裝置的運(yùn)行狀況，進(jìn) 而穩(wěn)定裝置的操作，在滿足工藝約束條件下，提高產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低物耗和能耗、減 少牌號(hào)切換時(shí)間和中間過渡產(chǎn)品，從而大幅度地提高裝置的經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 聚丙烯裝置操作中最受關(guān)注的是產(chǎn)品的質(zhì)量指標(biāo)。熔融指數(shù)(MI)和乙烯質(zhì)量分 率（E)以及抗沖強(qiáng)度（F)是產(chǎn)品質(zhì)量的最主要指標(biāo)。通常熔融指數(shù)的分析比實(shí)際生產(chǎn)滯后 2h，乙烯質(zhì)量分率、抗沖強(qiáng)度則滯后長(zhǎng)達(dá)12h甚至更長(zhǎng)。因此，建立聚丙烯的質(zhì)量模型，掌握 質(zhì)量指標(biāo)和聚合條件之間的定量關(guān)系，對(duì)軟測(cè)量和產(chǎn)品質(zhì)量在線控制的實(shí)現(xiàn)以及新牌號(hào)的 開發(fā)都具有指導(dǎo)意義。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)熔融指數(shù)模型的研究不多，而且大多側(cè)重于理論分析。 Reginato和Zacca在Z-N催化劑多活性中心聚合動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)環(huán)管丙烯聚合反應(yīng)進(jìn) 行了模擬，利用矩方法求得聚丙烯的重均分子量，繼而求得聚丙烯的熔融指數(shù)。然而，由于 多活性中心聚合動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性，求解過程涉及大量的微分和積分步驟，計(jì)算繁瑣，在實(shí)際 生產(chǎn)中難以應(yīng)用。此外，抗沖聚丙烯乙烯質(zhì)量分率的預(yù)測(cè)模型研究也很少。聯(lián)合矩方法和 瞬時(shí)分布法是兩類主要的PP過程機(jī)理建模方法(McKenna T.F.，Soares J.B.P. Single particle modeling for olefin polymerization on supportedcatalysts: a review and proposals for future development. Chemical Engineering Science, 2001， 56: 3931-3949.)。聯(lián)合矩方法通過計(jì)算活聚體和死聚體的各階矩，從而計(jì)算數(shù)均分子量、重均 分子量及分散指數(shù)。聯(lián)合矩方法僅能給出分布的幾個(gè)指標(biāo)，不能給出整體的分布情況。瞬 時(shí)分布法利用Floy分布方程結(jié)合聚合動(dòng)力學(xué)與反應(yīng)條件，可求出整個(gè)分子量分布曲線。純 機(jī)理模型可以得到較準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，但通常難以直接給出工業(yè)界所關(guān)心的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo) 與操作約束，工業(yè)直接應(yīng)用困難。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵话阈问胶?jiǎn)單，計(jì)算簡(jiǎn)單。但模擬對(duì)象改變時(shí)， 模型參數(shù)需要重新辨識(shí)，甚至模型本身也不適用。半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪菣C(jī)理模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié) 合體。由于純機(jī)理模型難以直接計(jì)算產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)與操作約束，而經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ陀执嬖谶m用范 圍窄的缺陷，因而將兩者結(jié)合的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮诠I(yè)應(yīng)用中有很好的應(yīng)用前景。
[0005] 在PP裝置操作中，會(huì)定期對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行采樣化驗(yàn)分析。熔融指數(shù)的分析比實(shí)際生 產(chǎn)滯后2h，乙烯質(zhì)量分率、抗沖強(qiáng)度則滯后長(zhǎng)達(dá)12h甚至更長(zhǎng)。如何利用實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù) 反饋修正質(zhì)量指標(biāo)的推斷計(jì)算是大型PP裝置多牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量在線估計(jì)技術(shù)中的關(guān)鍵問 題（Takeda M. and Ray ff. H. Optimal-grade transition strategies for multistage polyolefin reactors. AIChEJ. 1999，45:1776 - 1793·)。經(jīng)典的方法是采用 EKF 進(jìn)行 濾波估計(jì)（Gahnon L. and MacGregor J. F. State estimation for continuous emulsion polymerization. Can. J. Chem. Eng. , 1991, 69: 648-656. Keller J. Y. , Darouach, M. Optimal two-stage Kalman filter in the presence of random bias. Automatica, 1999，33: 1745-1753.)。傳統(tǒng)的EKF是基于H2估計(jì)準(zhǔn)則的，要求模型準(zhǔn)確且已知外部干 擾的統(tǒng)計(jì)特性。由于PP裝置的復(fù)雜性，因而EKF應(yīng)用于大型PP裝置的質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì) 有很大的局限性。針對(duì)EKF魯棒性差的缺點(diǎn)，清華大學(xué)的周東華等將漸消因子和正交性 原理引入到EKF中，提出了強(qiáng)跟蹤濾波器方法(周東華，席裕庚，張仲俊.一種帶多重次 優(yōu)漸消因子的擴(kuò)展卡爾曼濾波器.自動(dòng)化學(xué)報(bào)，1991，17(6):689-695. Wang D.，Zhou D. Η., Jin Υ. Η. et. al. A strong predictor for nonlinear processes with input time delay. Comput. Chem. Eng. ,2004，28: 2523-2540.)并成功應(yīng)用于復(fù)雜工業(yè)過程。趙眾等 基于質(zhì)量指標(biāo)及操作約束推斷模型偏差的上限估計(jì)，提出了次優(yōu)的強(qiáng)跟蹤濾波器，并成功 應(yīng)用于中石油吉化分公司大型LLDPE裝置的熔融指數(shù)及樹脂密度的實(shí)時(shí)在線估計(jì)(趙眾， 馬博.大型聚乙烯工業(yè)裝置質(zhì)量指標(biāo)的次優(yōu)強(qiáng)跟蹤濾波估計(jì).化工學(xué)報(bào)，2008，59(7): 1635-1639.)。針對(duì)復(fù)雜工業(yè)過程的推斷模型存在有界偏差、外部擾動(dòng)統(tǒng)計(jì)特性未知以及頻 繁的牌號(hào)切換的特點(diǎn)，近年來，粒子濾波正成為相關(guān)的研究熱點(diǎn)，然而應(yīng)用于復(fù)雜PP過程 的粒子濾波技術(shù)尚未見報(bào)道。 (三）
【發(fā)明內(nèi)容】

[〇〇〇6] 為克服現(xiàn)有的質(zhì)量指標(biāo)估計(jì)技術(shù)用于氣相共聚抗沖聚丙烯過程難以適應(yīng)頻繁 的牌號(hào)切換、廣泛存在的未知干擾，因而難以長(zhǎng)周期運(yùn)行的局限性，本發(fā)明提供一種針對(duì) Spheripol工藝的聚丙烯（PP)抗沖牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)及方法，其關(guān)鍵點(diǎn)在 于：結(jié)合混合模型的模塊化設(shè)計(jì)方法和半?yún)?shù)化設(shè)計(jì)方法的長(zhǎng)處，構(gòu)造了氣相PP過程的質(zhì) 量指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型；利用考慮質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型逼近偏差及參照狀態(tài)與未知參數(shù)聯(lián)合估計(jì) 方法(趙眾，郜娜，潘高峰.基于粒子濾波聯(lián)合估計(jì)的氣相聚乙烯質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì).化 工學(xué)報(bào)，2012，63 (9) : 2904-2912.)，結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼濾波（EKF)和粒子濾波（PF)，使用基 于粒子濾波的狀態(tài)和校正系數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法（JPF)來修正預(yù)測(cè)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)， 實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)估計(jì)PP多牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種氣相共聚抗沖聚丙烯（PP)多牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)，包括與PP生 產(chǎn)過程連接的現(xiàn)場(chǎng)儀表、集散控制系統(tǒng)（DCS)、實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)庫(kù)以及先進(jìn)控制服務(wù)器，所 述的PP生產(chǎn)過程指采用Spheripol工藝生產(chǎn)多個(gè)牌號(hào)的抗沖聚丙烯的生產(chǎn)過程；所述的 DCS控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接口、操作員站、工程師站、PP質(zhì)量指標(biāo)顯示畫面、數(shù)據(jù)庫(kù)及0PC服務(wù)器 構(gòu)成；現(xiàn)場(chǎng)儀表、DCS系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)庫(kù)、先進(jìn)控制服務(wù)器依次相連，所述的先進(jìn)控制 服務(wù)器包括：
[0009] 1、0PC客戶端及數(shù)據(jù)接口模塊，用于從DCS控制系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)庫(kù)采集數(shù) 據(jù)，并將PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)結(jié)果傳送到DCS控制系統(tǒng)中的質(zhì)量指標(biāo)顯示畫面，指導(dǎo)多牌 號(hào)PP平穩(wěn)生產(chǎn)；
[0010] 2、PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型參數(shù)辨識(shí)模塊，用于根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù) 辨識(shí)多牌號(hào)PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型，其中多牌號(hào)PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型采用穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型串 聯(lián)特征動(dòng)態(tài)模型的混合模型結(jié)構(gòu)，辨識(shí)得到的PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型能預(yù)測(cè)多牌號(hào)抗沖聚 丙烯產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)熔融指數(shù)、乙烯質(zhì)量分率、抗沖強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化；
[0011] 3、PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)模塊，用于根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修正PP多牌號(hào)質(zhì)量 指標(biāo)的模型預(yù)測(cè)并將在線估計(jì)結(jié)果通過0PC客戶端寫入DCS控制系統(tǒng)中的PP質(zhì)量指標(biāo)顯 示畫面，指導(dǎo)PP過程的平穩(wěn)生產(chǎn)，其中PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)采用了考慮預(yù)測(cè)模型逼近偏差 及基于粒子濾波的狀態(tài)和校正系數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法。
[0012] 一種用所述的氣相聚丙烯（PP)多牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的在線估 計(jì)方法，所述的PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)方法包括以下步驟：
[0013] 1、利用0PC客戶端及數(shù)據(jù)接口模塊采集PP過程質(zhì)量指標(biāo)：熔融指數(shù)、乙烯質(zhì)量分 率、抗沖強(qiáng)度；PP過程變量：反應(yīng)溫度、丙烯濃度、共聚單體濃度、氫氣濃度、乙烯流量、丙烯 流量、氫氣、流量、均聚產(chǎn)量、橡膠乙烯百分比。將采集到的數(shù)據(jù)分成模型辨識(shí)組及模型驗(yàn)證 組，按以下的步驟辨識(shí)及驗(yàn)證PP產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型：
[0014] PP質(zhì)量指標(biāo)熔融指數(shù)及密度的穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)模型由以下公式計(jì)算
【權(quán)利要求】
1. 一種氣相共聚抗沖聚丙烯（polypropylene)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系統(tǒng)，包括與聚 丙烯生產(chǎn)過程連接的現(xiàn)場(chǎng)儀表、集散控制系統(tǒng)（DCS)、實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)庫(kù)以及先進(jìn)控制服務(wù) 器，所述的PP生產(chǎn)過程指采用氣相流化床生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)抗沖牌號(hào)的聚丙烯生產(chǎn)過程；所 述的DCS控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接口、操作員站、工程師站、PP質(zhì)量指標(biāo)及操作約束顯示畫面、數(shù) 據(jù)庫(kù)及0PC服務(wù)器構(gòu)成；現(xiàn)場(chǎng)儀表、DCS系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)庫(kù)、先進(jìn)控制服務(wù)器依次相 連，其特征在于：所述的先進(jìn)控制服務(wù)器包括： (1) 0PC客戶端及數(shù)據(jù)接口模塊，用于從DCS控制系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)庫(kù)采集數(shù)據(jù)， 并將PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)結(jié)果傳送到DCS控制系統(tǒng)中的質(zhì)量指標(biāo)顯示畫面，指導(dǎo)多牌號(hào)PP 平穩(wěn)生產(chǎn)； (2) PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型參數(shù)辨識(shí)模塊，用于根據(jù)生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)辨 識(shí)多牌號(hào)PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型，其中多牌號(hào)PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型采用穩(wěn)態(tài)機(jī)理模型串聯(lián) 特征動(dòng)態(tài)模型的混合模型結(jié)構(gòu)，辨識(shí)得到的PP質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型能預(yù)測(cè)多牌號(hào)抗沖聚丙 烯產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)熔融指數(shù)、乙烯質(zhì)量分率、抗沖強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)變化； (3) PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)模塊，用于根據(jù)實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)修正PP多牌號(hào)質(zhì)量指標(biāo) 的模型預(yù)測(cè)并將在線估計(jì)結(jié)果通過0PC客戶端寫入DCS控制系統(tǒng)中的PP質(zhì)量指標(biāo)顯示畫 面，指導(dǎo)PP過程的平穩(wěn)生產(chǎn)，其中PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)采用了考慮預(yù)測(cè)模型逼近偏差及基 于粒子濾波的狀態(tài)和校正系數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法。
2. -種用于如權(quán)利要求1所述的氣相聚丙烯（PP)抗沖牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)系 統(tǒng)的在線估計(jì)方法，其特征在于：所述的在線估計(jì)方法包括以下步驟： (1) 利用0PC客戶端及數(shù)據(jù)接口模塊，從DCS控制系統(tǒng)采集實(shí)時(shí)操作數(shù)據(jù)，從實(shí)驗(yàn)室分 析數(shù)據(jù)庫(kù)讀取質(zhì)量指標(biāo)及操作約束分析數(shù)據(jù)，辨識(shí)多牌號(hào)PP質(zhì)量指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型； (2) 在線運(yùn)行時(shí)，讀取實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，利用考慮預(yù)測(cè)模型逼近偏差及基于粒子濾波的 狀態(tài)和校正系數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法，實(shí)時(shí)估計(jì)PP多牌號(hào)質(zhì)量指標(biāo)； (3) 利用0PC客戶端，將PP質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)結(jié)果寫入DCS控制系統(tǒng)中的PP質(zhì)量指標(biāo) 顯示畫面，指導(dǎo)PP過程的平穩(wěn)生產(chǎn)。
3. 如權(quán)利2所述的氣相聚丙烯（PP)抗沖牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)方法，其特征在 于： (1) PP質(zhì)量指標(biāo)熔融指數(shù)及乙烯質(zhì)量分率的穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)模型由以下公式計(jì)算
其中 MI (g/10min)、E(%)、T( °C )、[H2] (mol%)、[M2] (mol%)、[MJ (mol%)、 θ。，％ θ2, θ3, θ4, θ5, 06、Fin (此/11)、￥(%)、1(1、111分別表示烙融指數(shù)、乙烯質(zhì)量分率、 反應(yīng)溫度、氫氣濃度、乙烯濃度、丙烯濃度、模型參數(shù)、乙烯進(jìn)料量、均聚產(chǎn)量、橡膠乙烯百分 t匕、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)及求自然對(duì)數(shù)；考慮固體顆粒在反應(yīng)器的停留時(shí)間，PP反應(yīng)器床層平均質(zhì)量 指標(biāo)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)由以下公式計(jì)算：
抗沖強(qiáng)度可通過如（5)所示的乙烯質(zhì)量分率線性回歸求得。 Fc(t) = ^ 1Εε(?) + β 2 (5) 其中 MIc(g/10min)、Ec(%)、Fc (kj/m2)、fn，f21，gn，f12, f22, g12, β ρ β 2、i 分別為 ΡΡ 反 應(yīng)器床層平均熔融指數(shù)、乙烯質(zhì)量分率、抗沖強(qiáng)度特征動(dòng)態(tài)模型參數(shù)及采樣時(shí)刻。
4.如權(quán)利2所述的氣相聚丙烯（ΡΡ)抗沖牌號(hào)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)在線估計(jì)方法，利用實(shí)驗(yàn)室 分析數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)修正質(zhì)量的指標(biāo)的在線預(yù)測(cè)；粒子濾波可以很好的克服非線性對(duì)模型帶來 的影響，然而粒子濾波器是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的濾波器，這樣生產(chǎn)中復(fù)雜的工況和各種干擾以 及一些不確定的因素一旦使它停止工作，濾波效果將急劇變差。另外，在一些過程中PF為 了滿足估計(jì)精度要求，就需要更多的粒子數(shù)和更長(zhǎng)的計(jì)算時(shí)間，這樣就大大削弱了實(shí)時(shí)估 計(jì)的優(yōu)勢(shì)，針對(duì)這種情況，本發(fā)明參照狀態(tài)與未知參數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法，結(jié)合擴(kuò)展卡爾曼濾波 (EKF)和粒子濾波（PF)，提出了基于粒子濾波的狀態(tài)和校正系數(shù)聯(lián)合估計(jì)方法（JPF)來修 正預(yù)測(cè)模型， 令： Ε
則質(zhì)量指標(biāo)中熔融指數(shù)和乙烯質(zhì)量分率可表述成如下形式：
式中，X e Rn為狀態(tài)向量，u e Γ為輸入向量，y e Γ為輸出向量，F(xiàn)為非線性穩(wěn)態(tài)函 數(shù)，C為測(cè)量矩陣，ξρ ξ2分別為系統(tǒng)過程噪聲和觀測(cè)噪聲，于是，基于預(yù)測(cè)模型的狀態(tài)估 計(jì)如下所示：
對(duì)于上式，利用EKF得到質(zhì)量指標(biāo)的狀態(tài)估計(jì)，但是這樣不能很好的處理非高斯噪聲 和模型的大誤差；考慮到實(shí)際中由于各種噪聲的影響，特別是電噪聲的污染，既便是EKF， 它的穩(wěn)態(tài)濾波也不是常數(shù)，而應(yīng)該是一個(gè)是變值；故可以將K(k)描述成： K(k+l)=K〇+l3 (8) 其中，&由EKF得到，ξ 3為噪聲；于是，可將系統(tǒng)擴(kuò)維成 x = [x Kf (9) 從這個(gè)擴(kuò)維系統(tǒng)中可以看出，濾波增益的動(dòng)態(tài)方程中由于存在噪聲，整個(gè)增益輸出不 夠平滑；為此，對(duì)其采用一階慣性濾波，即： K(k+l) = a K(k) + (l-a )K〇 (10) 式中a (〇< a < 1)為濾波常數(shù)，整理得到最終的擴(kuò)維系統(tǒng)如式（11)所示
其中f為由原測(cè)量函數(shù)變換得到的已知的新的測(cè)量函數(shù)，對(duì)于此系統(tǒng)，采用粒子濾波 器來聯(lián)合估計(jì)，其算法步驟如下： ① 初始化 k=0 時(shí)，$ ~ 尸(％) ② 計(jì)算重要性權(quán)值 取重要性密度函數(shù)為先驗(yàn)重要性函數(shù)，即7(? I & ,，凡d = I & ,)。

③ 重采樣 根據(jù)權(quán)值大小，從（筆，〖=1，2,…ΛΟ集合中重新采樣得到新的粒子集合駕 (? =[寫)，并且新得到的粒子的權(quán)值=珂=l/iV ④ 輸出
假設(shè)系統(tǒng)P = (X，)}為均勻馬爾科夫鏈，轉(zhuǎn)移概率函數(shù)戶(? 是Feller和混合函 數(shù)，初始分布為。定義為后驗(yàn)分布，對(duì)于X的邊 緣分布，
根據(jù)上述定義，可將上節(jié)所述粒子濾波聯(lián)合估計(jì)寫成如下形式：
并且可以知道，當(dāng)粒子數(shù)和時(shí)間趨于無窮時(shí)，此方法收斂于最優(yōu)濾波。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104102182SQ201310126336
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2013年4月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月12日
【發(fā)明者】趙眾, 宋峰, 于歌 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)