過(guò)程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)：14-12第8章_先進(jìn)控制系統(tǒng)介紹-展示頁(yè)
2025-05-22 15:15本頁(yè)面
【正文】 軟測(cè)量 ?選擇初始輔助變量 ?塔的進(jìn)料特性 ?塔釜加熱特性 ?塔頂回流特性 ?塔頂操作狀態(tài) ?塔抽出料特性 9 ?對(duì)初始輔助變量降維 ? 方法一：通過(guò)機(jī)理分析，選擇響應(yīng)靈敏、測(cè)量精度高的變量作為最終輔助變量。 ? 例如，在相關(guān)氣相溫度變量、壓力變量之間選擇壓力變量。 ?要求： ?數(shù)據(jù)覆蓋面在可能條件下應(yīng)寬一些，以便軟測(cè)量具有較寬的適用范圍。 ?采集的數(shù)據(jù)要注意純滯后的影響。 ?機(jī)理建模是從內(nèi)在物理和化學(xué)規(guī)律出發(fā)，通過(guò)物料平衡、能量平衡和動(dòng)量平衡建立模型。 ?經(jīng)驗(yàn)建模是通過(guò)實(shí)測(cè)或依據(jù)積累的操作數(shù)據(jù)，采用數(shù)學(xué)回歸 方法 或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法得到經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀? ? 靜態(tài)線性模型實(shí)施成本較小，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型所需計(jì)算資源較多。 ?軟測(cè)量模型的在線校正可表示為模型結(jié)構(gòu)和模型參數(shù)的優(yōu)化。為解決模型結(jié)構(gòu)修正耗時(shí)長(zhǎng)和在線校正的矛盾，提出短期學(xué)習(xí)和長(zhǎng)期學(xué)習(xí)的校正方法。 ?長(zhǎng)期學(xué)習(xí)是當(dāng)軟測(cè)量?jī)x表在線運(yùn)行一段時(shí)間積累足夠的新樣本模式后，重新建立軟測(cè)量模型。 ?例：皮帶傳送存在純滯后。當(dāng) τ／ T，是一般純滯后過(guò)程；當(dāng) τ／ T，為大純滯后過(guò)程。在 PID反饋控制基礎(chǔ)上，引入預(yù)估補(bǔ)償環(huán)節(jié)，使閉環(huán)系統(tǒng)方程不含純滯后項(xiàng)，提高了控制質(zhì)量。若模型與過(guò)程特性不一致，則閉環(huán)系統(tǒng)方程中還會(huì)存在純滯后項(xiàng)，兩者嚴(yán)重不一致時(shí)，甚至?xí)鹣到y(tǒng)穩(wěn)定性變差。當(dāng)參數(shù)變化不大時(shí)可近似作為常數(shù)處理，采用 Smith預(yù)估補(bǔ)償控制方案有一定的效果。 ?經(jīng)預(yù)估補(bǔ)償后，系統(tǒng)閉環(huán)方程已不含純滯后項(xiàng)，因此，常規(guī)控制參數(shù)整定與無(wú)純滯后的控制參數(shù)相同。 ?Smith預(yù)估補(bǔ)償控制 對(duì)預(yù)估器精度要求較高，過(guò)程模型精確時(shí)，對(duì)純滯后補(bǔ)償效果較好，弱點(diǎn)是對(duì)模型的誤差十分敏感。 17 ?例：精餾塔塔頂、塔釜溫度控制的耦合實(shí)例。 ?u1變化不僅影響 T1，同時(shí)還影響 T2；同樣， u2變化在影響 T2同時(shí)，還影響T1。 19 ? 解耦是使一個(gè)控制變量的變化只對(duì)與其匹配的被控變量影響，而對(duì)其他回路被控變量沒(méi)有影響或影響很小。 20 解耦控制方法 （ 1）正確匹配被控變量與控制變量。 ?缺點(diǎn)： 次要被控變量的控制品質(zhì)往往較差，這一點(diǎn)在工藝允許的情況下是值得犧牲的，但在另外一些情況下卻可能是個(gè)嚴(yán)重缺點(diǎn)。 ?例如， 在精餾塔控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，工藝對(duì)塔頂和塔底組分均有一定要求時(shí)，若塔頂和塔底的組分均設(shè)有控制系統(tǒng)，這兩個(gè)控制系統(tǒng)相關(guān)，在擾動(dòng)較大時(shí)無(wú)法投運(yùn)。 如塔頂重要，則塔頂設(shè)置控制回路，塔底不設(shè)置質(zhì)量控制回路 ,而往往設(shè)置加熱蒸汽流量控制回路。 圖 85雙輸入雙輸出串接解耦方塊圖 由圖可得 Y(s)=Gc(ｓ )D(s)G(s) 設(shè)計(jì)要求：找到合適的 D(s)使 D(s)G(s)相乘成為對(duì)角矩陣 ，就解除了系統(tǒng)之間的耦合，兩個(gè)控制系統(tǒng)不再關(guān)聯(lián)。 ? 實(shí)際工業(yè)過(guò)程具有 非線性、時(shí)變性和不確定性 ，而且大多數(shù)工業(yè)過(guò)程是 多變量 的，難于建立精確的數(shù)學(xué)模型，其結(jié)構(gòu)也往往往十分復(fù)雜， 難以設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)有效的控制。預(yù)測(cè)控制是在這樣的背景下發(fā)展起來(lái)的。 ? PID控制是根據(jù)過(guò)程當(dāng)前輸出測(cè)量值和設(shè)定值的偏差來(lái)確定當(dāng)前的控制輸入； ? 預(yù)測(cè)控制不但利用當(dāng)前的和過(guò)去的偏差值，而且還利用 預(yù)測(cè)模型 來(lái)預(yù)估過(guò)程未來(lái)的偏差值，以 滾動(dòng)優(yōu)化 確定當(dāng)前的最優(yōu)控制策略。 25 ? 預(yù)測(cè)控制種類(lèi)很多，各類(lèi)算法都有一些共同點(diǎn)，主要有四個(gè)基本特征，如圖 86所示 。預(yù)測(cè)模型能夠根據(jù)系統(tǒng)的現(xiàn)時(shí)刻的控制輸入以及過(guò)程的歷史信息，預(yù)測(cè)過(guò)程輸出的未來(lái)值。通常采用在實(shí)際工業(yè)過(guò)程中較易獲得的脈沖響應(yīng)模型和階躍響應(yīng)模型等非參數(shù)模型。對(duì)于實(shí)際過(guò)程，由于存在非線性、時(shí)變、模型失配和擾動(dòng)等不確定因素，使基于模型的預(yù)測(cè)很難與實(shí)際相符。 ?預(yù)測(cè)模型加反饋校正過(guò)程，使預(yù)測(cè)控制具有很強(qiáng)的抗擾動(dòng)和克服系統(tǒng)不確定性的能力。 ?采用滾動(dòng)式的有限時(shí)域優(yōu)化策略。 ?預(yù)測(cè)控制不是用一個(gè)對(duì)全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，而是在每一時(shí)刻有一個(gè)相對(duì)于該時(shí)刻的局部?jī)?yōu)化性能指標(biāo)。這條曲線通常稱(chēng)為參考軌線。 ?預(yù)測(cè)控制的優(yōu)良性質(zhì)： ?對(duì)數(shù)學(xué)模型要求不高，能直接處理具有純滯后過(guò)程，具有良好的跟蹤性能和較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力，對(duì)模型誤差具有較強(qiáng)的魯棒性等。 31 三代軟件包 : ? 第一代預(yù)測(cè)控制軟件包 ? 以 IDCOM和 DMC為代表，主要處理無(wú)約束過(guò)程的預(yù)測(cè)控制。為了解決無(wú)可行解的問(wèn)題，控制結(jié)構(gòu)能隨情況發(fā)生變化，能使用于過(guò)程動(dòng)態(tài)特性以及更高的品質(zhì)要求。 ?我國(guó)通過(guò)重點(diǎn)科技攻關(guān)，在先進(jìn)控制與優(yōu)化方面積累了許多經(jīng)驗(yàn)，成功應(yīng)用實(shí)例亦不少，部分成果已逐漸形成商品化軟件。 ?實(shí)際上，復(fù)雜的工藝過(guò)程往往具有不確定性（如環(huán)境結(jié)構(gòu)和參數(shù)的未知性、時(shí)變性、隨機(jī)性、突變性等）。 ?為了解決在被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)存在不確定性時(shí)，系統(tǒng)仍能自動(dòng)地工作于最優(yōu)或接近于最優(yōu)的狀態(tài)，就提出了自適應(yīng)控制。 ?自適應(yīng)控制是建立在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)未知的基礎(chǔ)上 ， 在控制系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中
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