在运行周期较长化工过程系统中,存在一类随时间推移缓慢变化的参数,如换热系统的结垢热阻,乙炔加氢反应器中的催化剂活性等。这一类慢时变参数在系统的短期操作控制中,可以视为参数进行处理,其变化可以忽略不计。但是在较长周期的运行过程中,其对整个系统造成的影响却不容忽视,应将其视为变量处理。本文以乙炔加氢反应器为例,从动态建模,稳态优化,和全周期动态优化三个方面系统地研究了慢时变系统的全周期优化问题,并在此基础上,提出了一种裕量缓释的全周期操作优化方法,并对其缓释特性给出了充分的理论证明。本文首先提出了包含催化剂失活模型的二维非均相乙炔加氢反应器的建模方法,并对乙炔加氢反应器装置进行建模及仿真。不同于现有文献中乙炔加氢反应器模型,为了确保在长周期运行下,进行催化剂活性的精确估计,本文提出了更为严格的催化剂失活模型,考虑了副反应产物对催化剂活性的累积影响,并在此基础上,建立了完整的乙炔加氢反应器动态数学模型。接下来,对于反应器的全周期优化问题,必须注意到,控制系统和优化器的时间尺度跨度较大,若一并优化,会造成较大的计算冗余。因此本文提出了结合快时变系统和慢时变系统的双层全周期优化框架。依据此框架,以单日经济效益最优为目标,构建稳态优化模型,求解并与实际生产中依据经验的手工温度补偿效果进行比较,说明了全周期优化的必要性。进一步地,在慢时变系统的全周期优化框架的基础上,研究慢时变系统的全周期动态优化问题。根据乙炔加氢反应器模型的特性,在一定的再生周期内,建立经济效益全周期积分最优的优化模型。并且,考虑到快时变系统中的控制作用,控制器参数应与优化变量一并进行求解。另外,考虑到实际生产中,由于工厂整体调度问题,有时需要尽可能延长反应的再生周期,本文建立以再生周期最长为目标函数的优化模型,在同样的优化框架下求解并讨论比较。在此基础上,本文还设计了催化剂活性的在线估计器,能快速有效的估计运行周期中反应器内催化剂的活性。在实际工业中,尤其是较长运行周期的系统,由于受诸多干扰因素影响,在设计阶段,应留出部分裕量确保系统长期稳定运行。但是,由于部分裕量——工艺裕量与系统的慢时变参数变化相关,随时间推移缓慢递增。考虑到在工艺裕量未达到最大值之前,有部分剩余裕量可以被有效利用,基于这一点,本文提出了仅保留足够的控制裕量的全周期动态优化方法——裕量缓释操作优化方法。并以乙炔加氢反应器模型为例,在慢时变系统的优化框架中实现了该方法。进一步地,本文结合极小值原理,对一般的慢时变动态优化模型进行了理论推导,充分证明了慢时变系统中的裕量缓释特性,也说明了裕量缓释操作优化方法在慢时变系统优化问题中的普遍适用性。在本篇论文的最后部分,对本文通篇内容进行了总结,并提供了将来后续工作的开展方向。