自动微分算法研究及其在过程系统优化中的应用

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1、浙江大学硕士学位论文自动微分算法研究及其在过程系统优化中的应用姓名：郑小青申请学位级别：硕士专业：系统工程指导教师：邵之江20060301浙江大学硕士学位论文摘要在流程工业自动化系统中，优化起着非常重要的作用，如何提高优化的求解速度和精度是一个意义重大且富有挑战性的研究课题。而在优化计算过程中，导数是至关重要的信息，因为它代表了寻优过程的搜索方向。同时，导数求解的耗时在整个优化时间中往往占有很大的比重，尤其是在对大规模复杂计算流程进行优化时，求导耗时往往成为提高优化效率的瓶颈。由此，寻找一种精确又快

2、速的求导算法是提高优化计算效率最有效的途径，这也是本文工作的重点所在。遥过研究当前热门的自动微分求导算法，并将其应用于精馏塔灵敏度分析过程，以及应用于本文建立的乙烯生产流程脱丙烷和脱丁烷塔的联塔模型的优化计算过程，再与传统的差分法和稀疏差分法进行比较，分析求导算法的不同对优化效率的影响。本文的研究工作包括以下几个方面：1．简要介绍过程系统优化的重要性，通过分析求导和优化的关系，强调求导在优化计算中的重要性。并介绍自动微分算法的发展和应用、基本原理和自动微分算法的发展。再着重分析和比较自动微分算法的两

3、种实现方式：基于操作符重载和基于编译原理，并同传统的差分法和稀疏差分法进行比较分析，找寻最可行有效的求导算法。2．对乙烯生产流程中两个重要的单元脱丙烷塔和脱丁烷塔，采用开放方程法在MATLAB平台建立联塔数学模型，并对联塔模型进行模拟计算，将计算结果同ASPEN流程模拟结果进行比较，以验证模型的合理性。3．实例分析自动微分算法在精馏塔优化计算的灵敏度分析中的应用，包括将其应用于灵敏度分析过程，以及灵敏度的并行计算过程。4．实例分析自动微分算法在过程系统优化计算中的应用，包括将自动微分应用于乙烯生产流

4、程的脱丁烷单塔以及联塔的优化计算中，并比较和分析其对优化效率的影响。lII浙江大学碗L学位论文Thispageisleftblankintentionally浙江大学硕士学位论文AbstractProcesssystemsoptimizationplaysasignificantroleinthefieldofProcessSystemsEngineering．Andhowtoimprovetheefficiencyandaccuracyofoptimizationisabigchallengefo

5、rtoday’Sresearchers．Sincethenumericalderivativerepresentsthesearchdirectionofoptimizationprocess，it’Sthekeyinformationforoptimization．Besides，derivativecalculationisalwaysthemosttime—consumingpartofthewholeoptimizationprocess，especiallyforthelarge-scal

6、eproblems．Therefore，applyingallaccurateandefficientderivativecalculationwaytooptimizationisofgreatimportancefortheimprovementofoptimizationefficiency．Automaticdifferentiation，apromisingdifferentiationalgorithm，whichhasbeendevelopedrapidlyinrecenttwenty

7、years，isinvestigatedinthethesis．Andautomaticdifferentiationisappliedtothesensitivityanalysisproblemofdistillationcolumnoptimization，aswellastheoptimizationproblemofthemulti—distillationcolumnsmodelofdepropanizeranddebutanizerinethyleneplant．Finallythec

8、alculationresultsandefficiencyareanalyzedandcomparedwiththetraditionalfinitedifferenceandsparsefinitedifference．Themaincontributionsincludethefollowingaspects：1．Theimportanceofnumericalderivativeforoptimizationisstudiedbyanalyzingtherel