（控制科学与工程专业论文）先进控制策略与软件实现及应用研究.pdf

塑垩查兰堡主兰竺立苎一 摘要 f 随着现代流程工业生产过程控制系统日趋大型化和复杂化，对生产过程的产品质量、生 产效率、安全性以及对环境影响等的控制要求越来越严格。常规p i d 控制已难以甚至无法 解决这些具有多变量、强非线性、高耦合性、时变和时滞等特性的复杂生产过程关键装置的 控制问题，迫切需要新型控制策略的研究与应用开发。企业技术进步的需求和控制理论与计 算机技术的快速发展，推动了先进控制策略及应用的深入研究与实践。网络与软件技术的发 展正引发着新的过程控制技术革命。先进控制策略经过近几十年的发展，已在国外形成了许 多商品化的先进控制软件并广泛投入实际应用。国内在先进控制策略与软件的开发和应用研 究方面与国外仍存在着很大的差距本文针对当前国内研发的枣堂篓型墼蛙所存在的不足， 如可开发性、稳定性、可靠性较差，结构不够灵活，可重用程度低等问题，提出了用分布式 组件技术改进传统的先进控制软件设计的研究和应用模式，在分析国外先进控制策略关键技 术研究成果基础上，开展了基于多层分布式组件技术的先进控制软件设计方法与应用技术的 研究l 作。 论文总结了国内外有关复杂过程控制系统先进控制策略研究及其软件开发的经验，提出 采用软测量技术、全局辨识技术和模型预测控制技术以及多层分布式组件化的先进控制软件 设计模式，进行了有关理论基础的讨论和设计方法的研究，开发了适于复杂过程控制系统应 用的通用软测量软件包、工业过程模型辨识软件包和预测控制软件包。研究成果己在工业现 场获得成功应用。 f 本文的主要研究成果和内容可概括为以下几个主要方面： 1 在分析国内外近几年来有关复杂过程控制系统先进控制策略、控制技术和软件产品开发 主流发展趋势的基础上，深入讨论了先进控制策略的理论基础，将先进控制策略的关键 技术，包括软测量技术、模型辨识技术和模型预测控制技术等作为本文研究的重点目标； 2 在软测量技术研究方面，本文从实施软测量必须的数据预处理、辅助变量选择和建模等 方面研究了相关的算法。引入增量法和主元分析法自动剔除有显著误差的数据，用f i r 滤波和一阶滤波预处理数据，通过逐步回归方法实现辅助变量的自动选择，用改进b p 算法、部分最d , - 乘算法和模糊神经网络算法进行软测最建模，并根据某化纤厂精对苯 二甲酸( p t a ) 装置的工艺流程，研究了p t ar 艺计算机理建模以及模型自校正问题， 研究成果已在该过程控制系统技术改造中获得了成功的应用： 3 在复杂过程模型辨识和系统建模方法研究方面，本文引入一种全局辨识技术，能够基于 输入输出数据，利用局部辨识得到的模型信息，进步建立了全局辨识模型和精确估 计系统的数学模型。该模型更加逼近工业过程的真实特性，从而具有更好的实际应用价 4 5 6 7 值； 在模型预测控制方面，本文分析了模型预测控制算法的基本原理以及控制算法，结合从 法国引进的h i e c o n 多变量预测控制技术，讨论了利用h i e c o n 预测控制策略解决约束多 变景过程的协调控制问题。 在分布式组件技术研究方面，本文详细分析了其技术发展历史、主流模型、建模原理及 其在：l ：业自动化中的应用基础，针对现有先进控制软件产品存在的不足，提出用多层分 布式组件化设计模式进行先进控制软件的研发。针对软测量技术在工程实施过程中遇到 的各类问题和功能需求上的反馈，同时考虑到工程应用和市场的前景，结合本文介绍的 软测量技术，以通用软测量软件包的研究开发与应用实施为主线，介绍了组件化软测量 软件包的设计原理、基本框架和特点，并给出了软测量软件各个组件的设计方案。该软 测量软件包在某化纤厂精对苯二甲酸( p t a ) 生产装置上获得了成功应用，其实际应用 效果验证了软件的有效性和可行性。 在模墨辨识与系统建模方面，研究开发的工业过程对象模型辨识软件，可在实际工业生 产环境下获得现场装置试验数据与支持实际工业过程的动态数学模型运算。本文采用了 基于参数方差的全局辨识技术，利用多层分布式组件技术研究建立了开放通用的分布式 组件化工业过程对象模型辨识软件a p c g l i d e ，文中详细介绍了该软件的设计原理和方 案、应用框架、功能特点及其在工业过程中的应用，并在工业现场使用中验证了该全局 辨识算法及其辨识软件能够显著提高实际工业过程控制系统建模的效率。 针对先进控制策略中应用最为广泛的模型预测控制技术，结合h i e c o n 算法，提出了基 丁c o m 的多层分布式组件化先进控制软件包的设计思想，以先进控制软件的研究开发 与应用实施为主线，文中介绍了多层分布式先进控制软件的设计原理、体系结构和特点， 并给出其界面层、业务层、数据层和接口层的具体实现技术和方法。成功开发的先进控 制软件具有很好的开放性、伸缩性、可靠性和可维护性，产品化和工程化程度高。该先 进控制一 程化软件包已经在企业过程控制技术改造中取得了显著的应用业绩。 最厉，在总结全文的基础上，提出了若干有待进一步深入研究和探索的问题和对未来发 展的展望。 广 关键阋：先进控制策略；软测量；全局辨识：模型预测控制：多层；分布式组件；软件技爿f 精对苯二甲酸。 ， 塑三查兰苎主堂堡丝苎 a b s t r a c t c o n t r o ls y s t e m so fm o d e mi n d u s t r i a lp r o c e s s e sb e c o m el a r g ea n dc o m p l e xr e c e n t l y i tt e n d s t os a t i s f yt h em o r ea n dm o r er i g o r o u sr e q u i r e m e n t si np r o d u c t sq u a l i t y , p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y , s y s t e ms a f e t ya sw e l la st h ec o n c e mw i t ht h ee n v i r o n m e n t a li m p a c t t h et r a d i t i o n a lp 1 d c o n t r o l s t r a t e g yi s u n a b l et os o l v et h ec o n t r o l p r o b l e m s o fc o m p l e xp r o d u c t i o np r o c e s s e sw i t ht h e m u l t i - v a r i a b l e ，h i g h l yn o n l i n e a ra n dc o u p l e dw i t hg r e a tt i m ev a r y i n ga n dd e l a y i tl e a d st o a i l i m p e r a t i v en e e d t oe n h a n c er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o nn e wc o n t r o ls t r a t e g i e s t h er e q u i r e m e n t s o f h i g hc o n t r o lp e r f o r m a n c eo fe n t e r p r i s e sa n df a s td e v e l o p m e n to f c o n t r o lt h e o r ya n dc o m p u t e r t e c h n o l o g y h a v eb o o s t e dt h er e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o n o fa d v a n c e dc o n t r o l s t r a t e g i e s t h e d e v e l o p m e n to f m o d e m n e t w o r ka n ds o f t w a r et e c h n o l o g i e si sf l o wi n i t i a t i n gan e w t e c h n o l o g i c a l r e v o l u t i o ni np r o c e s sc o n t r 0 1 i nt h ep a s tf e wd e c a d e s ，al o to fc o m m e r c i a l i z e ds o f l w a r e so n a d v a n c e dc o n t r o lh a v eb e e nd e v e l o p e da n d a p p l i e d i ni n d u s t r i a lp r o c e s s e s h o w e v e r t h e r ee x i s t sa b i gg a pi n t h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to na d v a n c e dc o n t r o l s t r a t e g i e s b e t w e e nd o m e s t i c p r o g r e s sa n d w o r l da d v a n c e s b a s e do nd e t a i la n a l y s i so fa c h i e v e m e n t si nk e ya d v a n c e dc o n t r o l t e c h n o l o g i e sm a d ea b r o a d ，a d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t t e c l m o l o g y i sa d o p t e di nt h i sp a p e rt oi m p r o v e t h ed e s i g na n dr e s e a r c ho ft r a d i t i o n a lc o n t r o ls o r w a r e sa n dt h er e s u l t so fr e s e a r c ho na d v a n c e d c o n t r o ls t r a t e s yw i t hm u l t i l a y e rd i s t r i b u t e dc o m p o n e n t t e c h n o l o g yi sd e s c r i b e di nm o r ed e t a i l s b a s eo nt h er e s e a r c ha c h i e v e m e n ti na d v a n c e dc o n t r o l s t r a t e g y f o r c o m p l e xp r o c e s s s y s t e m sa n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n te x p e r i e n c e s t h es o f ts e n s o rt e c h n o l o g y , g l o b a li d e n t i f i c a t i o n t e c h n o l o g y , m o d e l p r e d i c t i o n c o n t r o l t e e h n n l o g y a n dm u l t i - l e v e ld i s t r i b m e d c o m p o n e n t t e c h n o l o g ya r ea d o p t e d t op r e s e n ta d e s i g np a t t e ro f a d v a n c e dc o n t r o ls o f t w a r e ，t h e nt h e r e l a t e d t h e o r e t i c a lf u n d a m e n t a l sa n dc o n d u c t sr e s e a r c ho n d e s i g nm e t h o d o l o g y a r ea l s os t u d i e d a g e n e r a l s o f ts e n s o rp a c k a g e ，a l li n d u s t r yp r o c e s sm o d e li d e n t i f i c a t i o n p a c k a g ea n dam o d e lp r e d i c t i o n c o n t r o lp a c k a g ea r cd e v e l o p e da n dh a v eb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di nac o m p l e xr e a li n d u s t r i a l p r o c e s s t h em a i na c h i e v e m e n t sa n di n n o v a t i v ec o n t r i b u t i o n so f t h i s p a p e r a r el i s t e da sf o l l o w s ： b a s e do nt h ea n a l y s i so fa d v a n c e dc o n t r o l s t r a t e g i e s a n dt h es t a t u so fa d v a n c e dc o n t r o l s o , w a r n s ，t h em a i nt r e n do fd e v e l o p m e n ta n dt h et h e o r e t i c a lf u n d a m e n t a l so fa d v a n c e d i l l 2 4 5 c o n t r o ls t r a t e g ya r ei n v e s t i g a t e da n dd i s c u s s e d t h eo b j e c t i v e so f r e s e a r c ha r ei d e n t i f i e da n d f o c u s e do nt h ek e yt e c h n o l o g i e so fa d v a n c e dc o n t r o ls t r a t e g y , i n c l u d i n g s o f ts e n s o r t e c h n o l o g i e s ，m o d e li d e n t i f i c a t i o na n d m o d e l p r e d i c t i o nc o n t r 0 1 f o rt h es o i ls e n s o rt e c h n o l o g y , a l g o r i t h m so fd a t ap r e - p r o c e s s i n g , s u p p l e m e n t a r yv a r i a b l e s s e l e c t i o na n dm o d e l i n gm e t h o d sa r ed i s c u s s e d t h ei n c r e m e n tm e t h o d f i ra n df i r s t - o r d e r f i l t e r i n ga r ea d o p t e d f o ra u t o m a t i cr e j e e t i o no fo u t l i e r sa n dd a t ap r e - p r o c e s s i n g , r e s p e c t i v e l y t h et r a d i t i o n a ls t e p w i s em e t h o di sa p p l i e df u ra u t o m a t i cs e l e c t i o no f s u p p l e m e n t a r yv a r i a b l e s a n dt h ef i n a ls o f ts e n s o rm o d e li sd e r i v e db yu s i n gt h ei m p r o v e db p a l g o r i t h m ，p a r t i a ll e a s t s q u a r ea l g o r i t h ma sw e l la sf u z z yn e u r a ln e t w o r kt e c h n o l o g y af i r s t - p r i n c i p l em o d e l i sb u i l t a n dt h ep r o b l e mo f m o d e l i n ga n dm o d e la u t o - a d j u s t m e n ti sa l s os o l v e d t h eo b t a i n e dr e s u l t s a r ea d o p t e da n dp r o v e ni na ni n d u s t r i a lp t ap r o c e s so faf a m o u sc h e m i c a l e n g i n e e r i n g c o m p a n y a g l o b a li d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yi si n t r o d u c e dt ob u i l dag l o b a lm o d e lt h a tt a np r e c i s e l y e s t i m a t et h er e a l p r o c e s sb a s e do nt h ei n p u ta n do u t p u td a t ab yu s i n gt h ei n f o r m a t i o n p r o v i d e db yl o c a li d e n t i f i c a t i o n t h er e s u l to f t h em o d e ld e v e l o p m e n t c a l lb e t t e ra p p r o x i m a t e t h ea c t u a lp r o p e r t i e so fa p r a c t i c a li n d u s t r i a lp r o c e s sa n d h e n c eh a sm o r e a p p l i c a t i o nv a l u et o ag r e a t e re x t e n t m o d e lp r e d i c t i o nc o n t r o lt e c h n i q u ei so n eo f t h em o s ts u c c e s s f u la d v a n c e dc o n t r o ls t r a t e g i e s t h a ti su s e dm o s tw i d e l y t h et h e o r e t i c a lm e c h a n i s ma n da l g o r i t h mo fm o d e lp r e d i c t i o n c o n t r o li sa n a l y s e di nt h i s p a p e rc o m b i n e dw i t ht h em u l t i v a r i a b l et e c h n o l o g yi m r o d u c e d f r o mf r a n c e as o l u t i o nf u rt h ec o o r d i n a t e dc o n t r o lo fc o n s t r i c t e dm u l t i v a r i a b l ep r o c e s si s d i s c u s s e di nd e t a i l i nt h e d e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t e dc o m p o n e n tt e c h n o l o g y , t h i sp a p e rg i v e s ad e t a i l e d d i s c u s s i o no fd i s t r i b u t e dc o m p o n e n tt e c h n o l o g yo ni t s d e v e l o p m e n th i s t o r y , p r i m a r ym o d e l a n dt h ep r i n c i i p a lo f m o d e l i n ga sw e l la si t sa p p l i c a t i o ni np r o c e s sa u t o m a t i o n c o n s i d e r i n g t h ew e a k n e s s e so f t h ee x i s t i n gs o f t w a r e p r o d u c t sf u ra d v a n c e dp r o c e s sc o n t r o l ，ah i e r a r c h i c a l d e s i g np a t t e r no fd i s t r i b u t e dc o m p o n e n ti sp u tf o r w a r df u rt h ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c ho f a d v a n c e dc o n t r o ls o f t w a r e t a k i n gi n t oc o n s i d e r a t i o no ft h ev a r i o u sp r o b l e m sa n df e e d b a c k o ff u n c t i o n r e q u i r e m e n ti nt h ea p p l i c a t i o no fs o rs e n s o rt e c h n o l o g y , t o g e t h e rw i t ht h e i n d u s t r i a la p p l i c a t i o na n dm a r k e tp r o s p e c t , c o m b i n e dw i t ht h es o i ls e n s o r p a c k a g ei n t r o d u c e d ， t h e p a p e r a l s od i s c u s s e st h ed e s i g np r i n c i p l e ，b a s i cf r a m e w o r ka n df e a t u r e so f t h e c o m p o n e n t s o i ls e n s o rs o f t w a r ea n dg i v e sad e s i g ns c h e m eo f e a c h c o m p o n e n t t h ep r o p o s e ds o r s e n s o r i v 6 7 p a c k a g e h a sb e e ni n t e g r a t e dw i t ht h ep r o d u c t i o nd e v i c e so f p t a i nac h e m i c a lf i b e rp l a n ta n d i t se f f i c i e n c ya n df e a s i b i l i t ya mp r o v e dw i t hg o o dp e r f o r m a n c e i nt h ea p p l i c a t i o n p r o c e s ss y s t e mm o d e li d e n t i f i c a t i o na r ea r ti m p o r t a n tm e t h o df o rm o d e lb u i l d i n gi n t h e a p p l i c a t i o no fa d v a n c e dc o n t r o ls t r a t e g y h o w e v e r ，f o rc o m p l e x i n d u s t r i a lp r o c e s s ，i ti sv e r y i m p e r a n tt og e tap o w e r f u li d e n t i f i c a t i o ns o f t w a r et ob u i l dad y n a m i cm a t h e m a t i c a lm o d e l b a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lf i n d i n g so f s i t ed e v i c e si nr e a li n d u s t r i a lp r o d u c t i o ne n v i r o n m e n t t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eg l o b a li d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g yb a s e do np a r a m e t r i cv a r i a n c e ，b y t a k i n ga d v a n t a g eo fh i e r a r c h i c a l d i s t r i b u t e d c o m p o n e n tt e c h n o l o g y t o d e v e l o pg e n e r a l d i s t r i b u t e dc o m p o n e n tm o d e li d e n t i f i c a t i o ns o f t w a r ea p c g l i d ef o ri n d u s t r i a lp r o c e s s e s t h i s p a p e rg i v e s ad e t a i l e di n t n x t u c t i o no f t h i ss m q w a r e sd e s i g np r i n c i p l ea n ds c h e m e ，a p p l i c a t i o n f r a m e w o r k , f u n c t i o na n df e a t u r e sa n di t sa p p l i c a t i o n si n i n d u s t r i a l p r o c e s s f i n a l l y , t h e o b v i o u se f f i c i e n c yo f t h eg l o b a li d e n t i f i c a t i o ns o f t w a r ef o rr e a li n d u s t r i a lp r o c e s sm o d e l i n gi s t e s t i f i e d ad e s i g np a t t e r no fm u l t i l a y e rd i s t r i b u t e dc o m p o n e n ts o f t w a r ei si n t r o d u c e df o rm o d e l p r e d i c t i o nc o n t r o lt h a tu s e dm o s tw i d e l yi na d v a n c e dc o n t r o ls t r a t e g y t h ed e s i g np r i n c i p l e b a s i cf r a m e w o r ka n df e a t u r e so ft h en e wa d v a n c e dp r o c e s sc o n t r o ls o f t w a r ep a c k a g ei s i n v e s t i g a t e da n d t h ep r o p o s e dr e s u l t sa r ei n t r o d u c e di np r a c t i c e t h et e c h n o l o g yo f a l g o r i t h m d e s i g na n di t sr e a l i z a t i o nf o rt h ei n t e r f a c el a y e r , b u s i n e s ss e r v i c el a y e r , b u s i n e s so b j e c tl a y e r a r ed e s c d b e da n dd i s c u s s e d t h e d e v e l o p e d s o f t w a r ep a c k a g eh a ss h o w ni t s p o w e r f u l f u n c t i o n ，g o o do p e na b i l i t y a n d f l e x i b i l i t y , b e t t e rr e l i a b i l i t y a n d m a i n t a i n a b i l i t y i n e x p e r i m e n t a lr e s e a r c ha n dg e to u t s t a n d i n g a c h i e v e m e n ti np r a c t i c a la p p l i c a t i o n b a s e do nt h es u m m a r i z a t i o no fr e s e a r c hw o r ki nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ef u r t h e rd e v e l o p m e n t a b o u ta d v a n c e dc o n t r o ls t r a t e g ya n dc o r r e s p o n d i n gc o n t r o ls o f t w a r ei sp r o p o s e d w h a t sm o r e t h e f u t u r ei se x p e c t e d k e y w o r d s ：a d v a n c e dc o n t r o l s t r a t e g y ；s o f t - s e n s i n g ；g l o b a li d e n t i f i c a t i o n ；m o d e lp r e d i c t i o n c o n t r o l ；m u l t i - l a y e r ；d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t ；s o f t w a r et e c h n i q u e s ，p u r i f i e dt e r e p h t h a l i ca c i d ( p t a ) 一v 一 塑垩查兰苎_ 上兰堡笙兰 一一 第1 章绪论 本章概迷了先进控制策略及其先进控制软件的发展现状，着重介绍了先进控制策略、先 进控制软件和软件产品开发的发展趋势最后给出了本文的主要研究内容 1 1 引言 在人类发展的历史长河中，刚刚过去的一个世纪是科学技术发展最为迅速的一百年，t 业生产伴随着人类的文明从简单的手工操作，发展到今天的现代化生产，为人类创造了巨大 的财富。工业生产过程中的自动化、省力化和高效化以及其它实际问题的不断提出，促使控 制理论研究不断深入，推动着工业自动化技术的发展。从自动控制理论的发展看，半个世纪 以来，由经典控制发展到现代控制理论，由单变量演变到多变量控制系统的分析与设计，由 线性的确定性系统到非线性时变系统，这些研究成果为工业过程的先进控制技术发展创造了 良好的条件( 王树青，2 0 0 1 ) ，对科学技术的进步产生了深远的影响( 宋健，2 0 0 0 ) 。科学界 很多人把控制论与相对论、量子论相提并论，认为是2 0 世纪上半叶的三大科学伟绩。微电 子技术、计算机技术、网络技术的发展，使控制论科学如虎添翼，工业自动化技术不仅彻底 改造了制造业、流程工业、交通运输等各行各业，而且实现了人类登月飞行、火星探测等梦 想，这一切表明控制论思想与高新技术特别是计算机技术的融合，正以无法预知的速度改变 着社会，影响着人们的生活。因此，自动化技术研究和应用的扩展是社会进步的必然( 吴澄， 2 0 0 2 ) 。 过程控制的发展是与控制理论、仪表、计算机、通讯与网络等学科紧密相关的( 金以慧 等，1 9 9 7 ) 。过程控制的发展经历了7 0 年代以前的简单控制系统、7 0 年代至8 0 年代的集散 控制系统和9 0 年代末期的综合自动化系统这样3 个发展阶段( 钱积新等，1 9 9 8 ；褚健等， 2 0 0 1 ) 。近十年来，现代信息技术( 计算机技术、通信技术和控制技术) 的快速发展和应用 给l j 业界带来了革命性的变化，形成了集散控制系统、先进控制和优化系统、事务处理系统、 决策支持系统、柔性制造系统和管理信息系统等概念。集以上系统为一体的计算机集成制造 系统( c i m s ) 正以其不可阻挡的发展动力渗透到制造业自动化的各个领域( 王凌等，2 0 0 1 ； 李小坚等，1 9 9 9 ：刘金德，2 0 0 1 ) 。同时，世界市场的激烈竞争，促使产品的生产周期越来 越短；用户对产品的质量、品种和价格的需求越来越高，日趋严峻的资源、环境及安全等方 面的约束，发展环保型和可持续发展型的工业的要求，促进化工、石油、造纸、医药等过程 企业必须利用先进的控制策略与信息技术来改善生产和管理。基于c i m s 概念，对于流程工 一一 箜! 兰堕笙 一一 一_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ l _ - _ _ _ l _ - - _ _ l _ _ - _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - 一一 业提出了c i p s ( c o m p u t e ri n t e g r a t e dp r o c e s ss y s t e m ) 的系统设计思想( 林伟璐等，2 0 0 0 ； 杨友麒，2 0 0 1 ) 。c i p s 覆盖从设备操作直到企业决策的六个层次，即企业决策层、企业管理 层、 ：艺过程控制层、单元优化层、岗位操作层、生产调度层和设备操作层。并指出需要实 时数据库系统、关系型数据库系统、生产调度系统和在线物流平衡系统等关键软件平台的支 撑实现( 黄道，1 9 9 8 ) 。其目的是采用计算机技术、信息技术、自动化技术以及有关生产技 术，建立包括企业经营决策、管理信息、生产调度、监督控制和直接控制在内的管理及控制 全部生产活动的综合系统，从而达到提高企业经营效益和竞争能力的目的；其核心是软件平 台及应用集成，即通过多种技术的综合，从而达到整个企业的信息集成、任务集成、工具集 成和人机协同工作( 李秀喜等，2 0 0 1 ) 。在理论研究方面，关于c i p s 已经提出了明确的体 系结构( 国家8 6 3 c i m s 主题专家组2 0 0 1 ) ，如图1 1 所示。 t 理、熄划、计划、 调度、决簧 多元优化 n 单元优化 多变量l 黼翻 0 约柬控制 传统赣览量) 先进控制 基奉调节控制 ( 常规p d 控制) l 工艺进罹 图1 ic i p s 体系结构 c i p s 体系中常规控制相对简单，目前随着控制系统的普及已经相当完善成熟。而先进 控制作为常规控制的上一层，在国外已经成为研究和应用的热点，并出现了像a s p e n t e c h 、 a b b 和h o n e y w e l l 之类的工业自动化专业跨国公司，而国内才刚刚起步( 钱伯章，1 9 9 9 ) 。 先进控制的应用通常是为了改进常规控制的性能，以及用于处理复杂的多变量过程控制，它 是进一步实施优化操作及调度决策的基础( 金晓明等，2 0 0 0 ) 。其在工业过程控制分级中位 于常规控制层和优化层之间，即充当常规控制层和优化层的桥梁，不仅用于实现动态过程的 平稳运行，同时也是实现装置优化的基础( 王树青等，1 9 9 9 ) 。采用先进控制技术和系统技 鲫 i。l衙，。土汀l删上 t勰土一瞄i工 篓兰i 苎兰堡y 圭兰垒燕二一 米碍鞋毒效撬毫被控装耋秘澎象的生产簸力( 王常力，2 0 0 2 ) 。我瓣麓 w t o 鞋嚣，竞争 更加严峻，如何加快工业化的滋程，如何在信息时代的工业化市场觉争中立于不败之嫩，江 泽楚主寒奁党瓣十六大擐誊串攒出，镶惑纯是我嚣麓抉工渡纯移瑗l 嫩躲巍然选择爨持戬 信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技食量高，经济效益好、资源消耗低、 环壤污染少、大力资源往势褥捌充分发挥匏糯型二韭纯路子。这一竣璐举接将对我国傣患他 和】：业化的进程产生深远的影响( 吴澄，2 0 0 2 ) 。 1 2 先进羧翩策维发震筠现状 流程工娩是撂垒产过程为连续生产( 或较妖一敌对掏连续生产) 的工韭，包蓊了石记、 冶盘、电力、轻工、制药、环保等在国民经济中占主导地位的行业。由于流程工业生产过程 嚣戆大型纯、连续纯、恋速度靼离震量，函藏对童产过程巾工艺韵搡于# 控割、异鬻工涎的整 视即安全保护，必须依靠自动化系统。信息技术的发展，工业自动化已由基础阶段的生产过 箨爨动耗发鞭舞生产繁瑾鑫臻俄，著进入垒韭综仓鑫动诧羚段。鑫翦，最重螫瓣是攉避先进 控制和优化( 邵惠鹤，2 0 0 2 ) 。由于生产过程的复杂性、商藤求，一般的常规控制方法无法 满足工业生产进程蜣纯生产的蘩求，爨我，萋予模受瓣先遴控裁算法秘爨纯控辎算洼，成为 现代、1 ：业生产过程优化操作与控制的关键( 壬树青等，2 0 0 1 ) 。 缝着计冀规控剑技术的发袋及应用，经过逡二二十年豹发展，嚣终各类众蛙已罄逡采瘸 d c $ ( 王常力等，1 9 9 6 ) ，并部分实现了装置的先进控制和全厂集中控制与管理，配有应用 软份，取得实效。我鞠石油化工企业中多数生产装霪已睡d c s 取代鬻规仪表控瓤，耀予单 个装麓集中控制，基于模型计算的先进控制与优化生产远采大规模实现，生产的某些技术指 标及产品质懿指标同豳外先进水平相比还存在差距。 在过程稚制界，从柏年代评始直至今日，采翊p i d 控制规律的单输入，单输出简单反馈 控制同路已成为过程控制的核心系统( 陈夕松，2 0 0 2 ) 。其理论基础是经典的p i d 控制理论， 主要采用频域分析方法进行控澍系统豹分析设计釉综合。掰前，p j d 控筋仍广泛应用，帮便 是在火星采用d c s 控制的最现代的工业生产过程中。这类回路仍| 与总回路的8 0 9 0 0 o 。 遮楚满为p t d 控懿算法廷对入静筏单箍有效操俸豹总结稻模仿，琵以维护一般过程的平稳 操作与运行，而且这类算法简单且应用历史悠久，f 业界比较熟悉且容易接受。然而。单回 路p i d 控案l 黪不黪遥瘸子疆有鹃过程帮不同麴要求( 范宗海，1 9 9 9 ) 。藏5 0 年谴开始，逐 渐发展了串级、比值、前馈、均匀和s m i t h 预估控制等经典复杂控制系统，在很大程度上满 足了攀变量控巷系统黪一些特臻熬控翱要求。虽然窕翻簌瑾论土看佟然楚经典控靠l 瑾论豹产 物，倔在结构和应用上备有特色，目前仍在继续不断地改进和应用。 焱： 业生产过程中，仍存l 缈2 0 躲控裂瓣繇采臻上述控割策路无法奏效，所涉及豹 塑堑查兰堡圭兰堡望苎 一 术可以有效提高被控装置和对象的生产能力( 王常力，2 0 0 2 ) 。我国加入w t o 以后，竞争 更加严峻，如何加快工业化的进程，如何在信息时代的工业化市场竞争中立于不败之地，江 泽民主席在党的十六大报告中指出，信息化是我国加快工业化和现代化的必然选择。坚持以 信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高，经济效益好、资源消耗低、 环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型：e 业化路子。这一战略举措将对我国信息化 和】：i k 化的进程产生深远的影响( 吴澄，2 0 0 2 ) 。 1 2 先进控制策略发展与现状 流程工业是指生产过程为连续生产( 或较长一段时间连续生产) 的工业，包括了石化、 冶金、电力、轻工、制药、环保等在国民经济中占主导地位的行业。由于流程工业生产过程 日趋大型化，连续化、高速度和高质量，因此对生产过程中工艺的操作控制、异常工况的监 视即安全保护，必须依靠自动化系统，信息