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圍繞復雜流程系統的模擬與優化，從非線性規划算法內核、模擬與優化技術、流程對象的優化應用三個層面論述相關理論和方法。《信息化與工業化兩化融合研究與應用叢書:復雜流程系統的實時模擬與優化》匯集了作者在魯棒優化算法構造、收斂性增強、先進初值策略、高效實時算法、優化求解器參數整定等多方面長期的理論和技術研究成果，系統地闡述了提高流程模擬與優化收斂性和實時性的新思路和新方法。結合PTA裝置、空分裝置的流程模擬與優化實踐，對軟件開發、系統實施等進行了介紹。
由於流程對象的特征，書中關注的是處理大規模、復雜、連續的優化問題。相應地，《信息化與工業化兩化融合研究與應用叢書:復雜流程系統的實時模擬與優化》偏重於大規模優化技術，例如內點法、簡約空間方法、序列二次規划方法；針對復雜系統模型存在的線性相關/病態/奇異等特征帶來的優化求解局限性和收斂困難、非線性系統模擬/優化的初值敏感性、剛性收斂准則對計算效率的負面影響、優化求解器在計算實踐中的性能瓶頸等問題，分別提出了相應的解決方法。雖然《信息化與工業化兩化融合研究與應用叢書:復雜流程系統的實時模擬與優化》的討論范疇是流程系統的穩態模擬與優化，但是所述理論與方法同樣適用於聯立策略下的動態系統求解。
《信息化與工業化兩化融合研究與應用》序
前言
第1章 緒論1
1.1流程系統中的模擬技術2
1.2流程系統中的優化技術3
1.2.1流程系統的穩態實時優化4
1.2.2流程系統的動態優化10
1.3流程模擬和優化技術的研究現狀與趨勢18
1.3.1流程系統的發展趨勢18
1.3.2流程系統的建模技術19
1.3.3數據校正和參數估計21
1.3.4單層結構RTO21
1.3.5動態RTO23
1.4實時模擬與優化中的關鍵問題24
1.4.1魯棒求解策略24
1.4.2高效求解策略26
1.5本書的組織結構28
參考文獻30
第2章 非線性規划算法及其魯棒擴展38
2.1非線性規划基礎38
2.1.1最優解及最優性條件38
2.1.2收斂速度40
2.1.3全局化策略40
2.2非線性規划算法及其簡約空間實現46
2.2.1序列二次規划算法——SQP46
2.2.2內點法——IPM48
2.2.3簡約空間方法51
2.3線性相關系統求解55
2.3.1結構正則化方法55
2.3.2變維法62
2.4可行性恢復階段66
2.4.1障礙法可行性恢復66
2.4.2投影梯度可行性恢復67
2.4.3無可行性恢復的魯棒算法75
2.5小結78
參考文獻79
第3章 回溯同倫法——HBM82
3.1背景和問題介紹82
3.2回溯同倫算法及其實現84
3.2.1變工況同倫序列問題構造84
3.2.2HBM算法的實現87
3.3性能分析與討論89
3.3.1算法大范圍性能收斂測試90
3.3.2流程物理邊界搜索92
3.3.3回溯系數的影響93
3.3.4多維工況變量96
3.4基於靈敏度的回溯同倫算法——sHBM97
3.4.1sHBM方法98
3.4.2數值實驗99
3.5小結100
參考文獻101
第4章 記憶增強型實時優化算法——MEO102
4.1MEO思想102
4.2MEO方法和分析109
4.2.1MEO框架109
4.2.2理論分析112
4.3基於靈敏度的MEO方法——sMEO120
4.3.1sMEO方法121
4.3.2數值實驗122
4.4MEO方法的全局最優性擴展——gMEO125
4.4.1gMEO方法125
4.4.2數值實驗128
4.5MEO軟件架構與功能模塊開發132
4.5.1MEO軟件系統架構132
4.5.2MEO框架總體設計133
4.5.3標准數據接口與數據結構設計137
4.6MEO功能模塊開發139
4.6.1MEO全局函數及數據139
4.6.2計算服務集對外接口設計140
4.6.3計算服務集各服務的設計與開發141
4.6.4監控配置服務集的設計與開發143
4.7MEO在Aspen Plus下的應用145
4.7.1Aspen Plus中調用MEO框架145
4.7.2MEO框架在Aspen Plus下應用實例148
4.8小結154
參考文獻155
第5章 收斂深度控制算法——CDC157
5.1收斂深度控制的提出157
5.2基於簡約空間SQP算法的收斂深度控制159
5.2.1收斂深度控制准則159
5.2.2收斂准則性質證明162
5.2.3數值實驗163
5.3基於內點法的收斂深度控制170
5.3.1收斂深度控制准則170
5.3.2收斂准則性質證明171
5.3.3數值實驗180
5.4小結185
參考文獻185
第6章 優化求解器的參數自動整定——PAT187
6.1優化求解器參數與性能的關系187
6.2基於啟發式和直接搜索算法的參數自動整定框架190
6.2.1參數自動整定整體算法框架概述191
6.2.2啟發式算法及參數關聯性的處理192
6.2.3直接搜索算法193
6.2.4算法框架的實施194
6.2.5數值實驗197
6.3基於隨機采樣的參數自動整定算法199
6.3.1隨機采樣參數整定算法和改進隨機采樣參數整定算法199
6.3.2數值實驗202
6.4小結213
參考文獻214
第7章 開放架構的流程模擬與優化軟件體系216
7.1流程模擬軟件的研究和開發216
7.2Aspen Open Solvers接口集描述218
7.3基於AOS接口的內點算法求解器220
7.3.1求解器接口的實現和IPOPT的封裝220
7.3.2標度化技術222
7.4擴展Aspen Plus對CAPE?OPEN優化求解器的兼容性225
7.5數值實驗228
7.6小結233
參考文獻233
第8章 PTA生產過程實時模擬與優化235
8.1PTA生產過程介紹235
8.2氧化反應器建模236
8.3氧化工段全流程仿真模擬239
8.3.1高壓吸收塔模擬結果241
8.3.2溶劑汽提塔模擬結果242
8.3.3溶劑脫水塔系統模擬結果242
8.4PTA生產過程實時模擬與監控系統243
8.4.1計算服務系統技術構架244
8.4.2監控系統服務端軟件246
8.4.3監控系統客戶端軟件簡介247
8.4.4系統預測成效分析248
8.5PTA生產過程的實時操作優化249
8.6小結253
參考文獻253
第9章 空分生產過程變負荷模擬與優化254
9.1工業低溫空分裝置流程介紹254
9.2低溫空分流程建模及模擬257
9.2.1熱力學模型選擇259
9.2.2面向工業裝置操作模擬的變量設置方案259
9.2.3穩態流程模擬結果261
9.3空分裝置變負荷操作優化命題262
9.4空分自動變負荷操作優化求解264
9.4.1工況可行域分析264
9.4.2同倫法求解近似不連續解267
9.4.3不等式約束的同倫路線構造270
9.5自動變負荷優化結果與工業裝置數據對比272
9.5.1自動變負荷問題的可行產量組合272
9.5.2自動變負荷問題的物理邊界分析274
9.6小結278
參考文獻278
索引280
