聚合反应过程控制因其具有重大的科学技术意义与经济价值，近年来发展很快，特点是跨学科和多学科的综合。在聚合过程中精确地控制聚合物宏观质量指标和微观分子量分布(WMD)指标一直是国际上力求解决的热门课题。本文以一类逐步聚合反应过程——聚酯过程为对象，深入研究了过程反应机理，建立工业聚酯过程模型及聚合物分子量分布模型，提出了多种具有实际应用价值的估计方法，研究了多变量模型预测控制策略和非线性规划算法在聚合生产过程中的应用。将研究成果投入到实际工艺装置的聚合物质量指标的在线估计及先进控制中，并开发了装置在线先进控制软件系统，为现代控制理论的实践开创了一成功的工程应用实例。 本文主要研究成果可包括以下几个方面： 1.生产过程模型化技术是现代流程工业先进控制技术的核心，也是现代企业的高技术内涵。聚合反应中状态估计与控制关键在于建立合理、较准确的数学模型。针对聚酯过程各种专利技术，在深入研究反应机理的基础上，结合各种专利装置特点以及物料流动、传质和传热特性，采用机理分析和实测数据参数辨识相结合方法，建立聚合反应过程的酯化、预缩聚和终缩聚模型。 2.聚合物宏观质量指标是生产过程中重要的监控对象，由于聚合反应机理复杂，聚合产品宏观质量指标的在线估计采用基于模型的状态估计技术来进行的。本文提出利用有限差分卡尔曼滤波估计技术和软测量技术对反应过程中的聚合物宏观质量指标(端羧基、粘度、数均分子量、二甘醇含量等)在线估计。经现场软件投运，产品指标的在线估计值完全满足工艺操作的精度要求。 3.针对聚合过程的非线性、时变性特点，研究非线性卡尔曼滤波实时在线估计问题，提出了标准扩展卡尔曼滤波算法的二种改进算法，一是采用有限差分代替非线性函数的偏导数计算，计算过程仅需要函数的估值，滤波器的应用范围远大于扩展卡尔曼滤波器。为使滤波器适用于时变、参数不确定、大时滞系统，在滤波过程中引入强跟踪渐消因子，滤波精度显著提高且具有较好的方差估计，可容许的模型误差范围较大。二是针对未知噪声统计特性的非线性系统，提出复合型自适应有限差分滤波算法，状态估计和噪声估计交替进行，并以较高的精度，稳定、可靠地进行滤波。 4.以实际工业过程为背景，开发了的不同分子链长聚合物的浓度平衡方程和分子量分布矩微分方程机理模型，并就聚酯的特殊分布提出了聚合物的分子量分布及分子参数在线估计方法。基于模型预估的分子量分布的估计值经过转换，所得到粘度估计值与在线粘度计实测值的比较，精度满足工艺要求。 5.针对聚合物产品分子量分布均匀性要求，提出应用有限区间分子链长重量浓度的平均分布作为控制的目标函数，在操作变量和分子量分布模型机理方程的约束下，应用非线性模型预测控制算法对分子量分布及分子参数进行预测优化控制，研究结果表明分子链长重量分布能够分布在一定的数值附近，保证了产品的均匀性。 6.针对市场需要，聚合生产过程中经常遇到的产品牌号切换、产量调整及工艺操作条件优化等工艺操作问题，结合聚酯生产背景，提出应用模型预测控制技术对聚酯生产的龙头(酯化釜)和龙尾(终缩聚釜)实施以产品质量为控制目标的研究，显示了模型预测控制策略的有效性。针对稳态点工艺操作优化问题，采用非线性规划算法对聚酯生产稳态工况进行操作优化，使聚合物产品指标波动较小，提高了产品质量和装置运行的稳定性。 7.将上述聚合物宏观及微观质量指标的估计和控制研究成果，开发了非纤聚酯质量估计与先进控制软件包，已应用于诺伊专利常州聚酯生产装置上。该软件系统自投运以来，运行正常，已通过上海市科委组织的专家鉴定，一致评为“国内首创，国际先进”，并取得了良好的经济效益。