先进控制及优化软件的应用

1、商立立控制科学与工程12721213主要内容1.对先进控制与优化软件的理解2.软件包开发遵循的原则案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite案例案例2 2 多变量先进控制软件包多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite案例3：高级控制过程DMCplus对先进控制与优化软件的理解鲁棒控制鲁棒控制自适应控制自适应控制PID控制控制预测控制预测控制最优控制最优控制模糊控制模糊控制智能控制智能控制神经网络控制神经网络控制 软件包系统配套技术和工具齐全工程化,充分保证可靠性仿真功能强大适合于大多数流行的软硬件系统平台软件体系具有开放性使用简单方便Windows 风格图形界面代码效率

2、高算法先进软件包开发遵循的原则软件包开发遵循的原则案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite软件体系APC Suite简介：浙大中控APC Sui te 是一套面向过程工业的先进控制和最优化的应用软件体系,由多个软件包组成,用户可在过程控制中灵活选用。APC Sui te 组件是由多层次的技术组成, 它包括下列技术:全厂决策与调度、 全局( 多元) 最优化、局部最优化、 多变量预测控制和单变量先进控制。从底层的! 单变量先进控制技术到顶层的决策与调度技术,每一应用层次增加一级优化能力, 这些应用层次是互为补充的, 它们能有效结合以发挥作用。用户可根据自己的实际情况进行选择,可用最小

3、的投资实现最佳的利润。APC-DecSehedAPC-OptimizerAPC-HieconAPC-HieconAPC-HieconAPC-AutoPIDAPC-PFCAPC-FuzzyAPC-IdentifierAPC-DataProAPC-Sensor案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC SuiteAdvanTrol-Hiecon软件包JX-300集散控制系统多变量过程参数说明控制作用受控变量扰动输入输出案例1：先进控制及优化工程化软件体系APC Suite控制策略遵循的原则1.利用离线脉冲响应模型表示控制的多变量过程，该模型用于在线预测。2.根据参考轨迹（相当于过程闭环性能）确定控

4、制策略。3.一般情况下控制不是一步计算出，而是通过一个启发式算法过程未来输出按照基于内模的预测输出值尽可能靠近设计的参考轨迹。具有容错控制功能传感器或执行器失效，控制对象将发生改变。APC-Hiecon提供解决方案改变输入调节变量或输出被控变量集新变量、IRV赋值重新设定优化目标重新设定优化变量引入辅助目标实时调度控制结构和模型1.1基于预测控制算法的先进控制软件包APC-Hiecon主要控制功能定义具有不同权重的多级控制目标保证了性能局部优化提高了系统性能灵活的约束控制可满足实际需求并保证性能容错控制和柔性控制主要的结构功能APC-Hiecon具有基于模型预测多变量控制器的基本功能在受控变量

5、和操纵变量满足位置和速度硬约束的前提下每个受控变量可以按照指定的闭环性能达到设定值。对可测扰动的前馈控制局部动态优化APC-Hiecon充分考虑了实际控制中的各种要求，保证了系统性能和和控制器的鲁棒性定义具有不同权重的多级控制目标保证了性能。局部优化提高了系统性能。灵活的约束控制可满足实际需求并保证了性能。具有容错控制和柔性控制。1.1基于预测控制算法的先进控制软件包APC-HieconAPC-Hiecon系统的应用用于多变量控制特别是需要采用多种控制决策控制结构复杂多变量过程。石油化工冶金石化催化裂变烷基化原油蒸馏催化重整延迟焦化加氢裂化对苯二甲的生产产品配料1.1基于预测控制算法的先进控制

6、软件包APC-Hiecon1.2预测函数控制软件包APC-PFCAPC-PFC软件包的优势系统参数可随时修改可进行不同模控制目标的方针对比。根据用户不同的性能离线设计PFC控制器软件包功能可通过下拉式菜单实现。APC-PFC软件包的功能可对不稳定对象模型进行分解具有误差自补偿控制变量可进行平滑处理和控制约束设定值可为已知或未知可进行而各种开环和闭环性能的仿真产生多种现场控制要求的实现代码APC-PFC软件包的应用国防、机械、冶金、汽车等工业领域的快速过程以及化工生产中的间隙反应过程激光制导导弹机器人连铸聚合反应釜1.2预测函数控制软件包APC-PFCFRONT-Suite开发的多变量控制器，比

7、常规控制器有本质性的提高，不仅快速平稳，提高生产过程的处理能力，增加有用产品的产率，实现节能降耗。 大型石油化工生产过程中遇到的问题：大型石油化工生产过程中遇到的问题：FRONT-Suite是针对流程工业中大型生产装置而研究开发的一种商品化先进控制软件包。在大型石油化工生产过程中，由于工艺机理复杂、变量间耦合严重，常规控制系统难以维持平稳运行，更不能实现卡边操作，造成产品收率下降，装置处理能力不能提升，原材料和能源的消耗增加，导致产品市场竞争能力降低。FRONT-Suite的优势：的优势：案例案例2多变量先进控制软件包多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite Suite预测控制预测

8、控制多变量MIMO过程控制，解决多变量过程耦合问题；支持基于控制指标和经济指标的多目标优化；在整个动态响应区间内满足被控变量和操作变量的约束；易于理解的整定参数，简化控制器性能整定过程。模型辨识模型辨识使用先进的参数化模型，解决阶次估计、模型评价、闭环数据等难点，能处理强相关MV数据；从实验到模型辨识全自动化，易学易用。装置测试装置测试根据过程特性，优化设计测试信号；采用多通道测试, 有效激励时间长，节省80%实验时间；支持闭环实验，对生产干扰小。装置测试装置测试支持与OPC、PHD、PI等数据源通讯。案例案例2多变量先进控制软件包多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite Suit

9、e抚顺石化乙苯装置制先进控制扬子石化常减压装置先进控制扬子石化乙醛精馏装置先进控制扬子石化PTA装置精制过程先进控制扬子石化PTA装置氧化过程先进控制南钢2万内压缩空分装置变负荷先进控制南钢3万外压缩空分装置变负荷先进控制钱清电厂125MW火电机组主蒸汽温度先进控制温州电厂300MW火电机组主蒸汽温度先进控FRONT-Suite应用实例应用实例FRONT-Suite应用实例应用实例案例案例2多变量先进控制软件包多变量先进控制软件包FRONT-Suite uite Suite案例案例3 3：高级控制过程：高级控制过程 DMCplus MCpulsMCpulsDMCplus技术在炼油、石化化工等领

10、域1000多个项目中得到应用。DMCplus 技术能在最优约束条件下给出连续平稳操作来实现生产装置的高效低耗。与常规控制方法相比, DMCplus 控制技术的最大优点是能使生产过程在最优状态下可靠地运行, DMCplus 控制器实施多变量约束控制,以获得显著的经济效益。1.与传统辨识方法不同, DMCplus 最大特点是能在工业生产环境下进行现场装置试验。在动态特性测试期间,过程不需要处于稳态,操作人员可调节任何操纵变量以使生产产品符合规格。DMCplus 不是人为地规定过程动态模型(例如一阶系统加纯滞后、 二阶系统加纯滞后) ,而是采用线性微分方程一般形式( 即一组数值系数)来逼近实际生产装

11、置数据,因而可辨识出任何不寻常动态特性。DMCplus 软件可剔除诸如分析装置失灵所引起的不完整数据, 并把分段有效数据有机地组合在一起综合辨识多变量动态模型。DMCplus技术简介：技术简介：DMCplus多变量动态过程辨识的特点多变量动态过程辨识的特点DMCplus软件包的功能实验数据的评估多变量过程模型的辨识离线控制器整定动态控制系统仿真在线整定文件产生及动态加权整定DMCplus软件包的组成模块预测模块线性规划(约束处理和经济性能指标优化)模块最优控制作用计算模块动态加权及在线整定功能案例案例3 3：高级控制过程：高级控制过程 DMCplus MCpulsMCpuls案例3：DMCpl

12、us在塑料厂HDPE 装置的实际应用现场调研数据采集建立模型工厂预测确定优化方案实施优化方案在生产线上投用DMCplus技术 通过高级过程控制实现装置在多变量卡边条件下进行操作，可大大降低操作人员的劳动强度，降低消耗，从而获得最大经济效益。产量方面质量方面牌号切换方面产量可以很快达到目标值，并可有效维持目标值，可以维持装置的高负荷平稳生产。质量控制平稳，提高了产品的优级品率，可随时观察控制器所预测的数据，为操作人员调整产品质量、分析人员中控分析提供了参考。可以有效的控制产品牌号切换时间，在保证床层安全的前途提下极大限度的减少了过渡料。小结 本文主要介绍了先进控制及优化工程化软件体系APC Su

13、ite的组成、结构、以及各部分功能，展开介绍了预测控制算法的先进控制软件包APC-Hiecon，预测函数控制软件包APC-PFC。然后分别介绍了多变量先进控制软件包FRONT-Suite- Uite，高级控制过程D DMCplus MCpuls，以及各部分在工业生产中的应用。 其中APC Suite软件体系中各部分软件之间具体的相互协调工作关系了解的不太深入，还需要进一步学习，研究。王朝辉，褚健.一套面向过程工业的先进控制软件包及其应用. 测量技术. 2000.（）.刘志鹏，刘伟.高级过程控制 DMCplus及其应用.齐鲁石油工2003.（）， http:/ 程 系 统 工 程 实 验 室 常 青， 胡红页先进控制技术在炼油化工行业的应用福建炼油化工有限公司主要参考文献王斌，杨润贤化工技术实训装置 DCS系统升级设计扬州工业职业技术学院电子信息工程系金剑翔 ，夏 虹等氯化苄联锁系统的应