结合逻辑与规则的工业过程建模和优化控制的研究

混杂系统的提出是离散事件系统的深入研究和现代工业过程控制的需要。利用混杂系统的理论，工业过程控制可以充分利用人工智能与计算智能、运筹学以及应用逻辑学等相关知识，为解决大规模复杂系统建模以及综合优化控制问题提供新的思路和新的方法。本文建立了结合逻辑规则的工业过程模型，提出了结合约束程序的混合整数非线性规划算法，并将这些理论和方法应用到工业过程实际中。 本文主要成果及创新包括： 1．结合机理建模和数据建模，利用机理建模的方法建立系统的基本的状态方程，再利用专家的知识、操作工的经验、系统本身的逻辑关系，将这二者联系在一起，建立系统的结合逻辑与规则的混杂模型，讨论了此类混杂模型稳定性的定义，并给出了基于预测控制的设计控制器方法以及预测控制系统稳定性条件。 2．本文针对结合逻辑的工业过程混杂模型，提出了结合约束程序(CP)的混合整数非线性规划(MFNLP)算法，采用CP方法求解模型的可行点，并采用MILP／CP方法求解算法中的MILP主问题，通过计算实例可看出，采用这种算法比采用通用的转化成MINLP方法的计算时间大为减少。 3．应用结合逻辑规则的工业过程混杂模型的方法，对城市污水处理中活性污泥法过程模型进行简化，得出适用于控制目的的简化模型，仿真结果证明：这种方法可充分利用对活性污泥法过程机理模型，又可利用专家及操作过程的经验，从而更利于对活性污泥法过程的优化和控制，而且采用结合约束逻辑的混合整数非线性规划算法，计算时间较短，可适用于污水处理过程实时控制中。 4．间断式时序逻辑(ITL)是时序逻辑的一种，它包含一个由两个公式的连续成分所构成的基本结构和一个Kleene星的类似体。本文运用间断式时序逻辑表达和建立水工业系统模型。结果显示ITL适合于建立水工业混杂实时模型， 摘要 而且它能表达混杂系统中的专家经验。 5.应用MLD法，对ASMI模型进行简化，建立了连续进水间歇曝气活性污泥 法除氮动态模型，通过仿真结果，可知:采用MLD方法，可以充分利用有关 连续进水间歇曝气活性污泥法的专家经验知识，加入到模型中，使模型更加 精确，控制和优化的效果更好。