某公司先进控制应用概况.ppt

先进控制及其在**的应用二00六年 目 录?先进控制(APC)概述?**公司先进控制应用概况?应用范例－－－**焦化装置的APC?APC项目实施的经验总结 一、先进控制概述1、工业过程先进控制产生背景在工业生产过程中，一个良好的控制系统不但要保证系统稳定性和整个生产的安全，满足一定的约束条件，而且应该带来一定的经济效益和社会效益。然而设计这样的控制系统会遇到许多困难，特别是复杂工业过程往往具有不确定性（环境结构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、机理复杂性、非线性、分布参数系统、变量间的关联性以及信息的不完全性和大纯滞后性等，要想获得精确的数学模型是十分困难的。 ? 因此，对于过程系统的设计，已不能采用单一基于定量的数学模型的传统控制理论和控制技术，必须进一步开发高级的过程控制系统，研究先进的过程控制规律。? 目前在控制领域中，虽然已逐步采用了电子计算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。国外应用先进控制较广泛，而我们尚处于试验、试点阶段，与国外先进企业差距较大。DCS提供了高级功能开发应用的优越环境，该环境具有通过先进控制、优化控制等开发才能充分挖掘DCS设备的潜能，提高过程控制水平，给企业带来明显经济效益。 ? 为了克服控制理论和实际工业应用之间的脱节现象，尽快地将现代控制理论移植到过程控制领域，充分发挥计算机的功能，世界各国在加强建模理论、辩识技术、优化控制、最优控制、高级过程控制等方面进行研究。? 推出了从实际工业过程特点出发，寻求对模型要求不高，在线计算方便，对过程和环境的不确定性有一定适应能力的控制策略和方法。例如，自适应控制系统、预测控制系统、鲁棒控制系统、智能控制系统（专家系统、模糊控制……）等先进控制系统。 2、工业过程先进控制的主要内容先进控制（Advanced Process Control， APC ）是一门综合学科，它结合了工艺过程知识、过程控制理论、仪表及计算机等技术，设计出了新型的多输入多输出的先进控制系统并开发出先进控制软件，它能够解决时变性、强耦合、非线性和大时滞等过程控制问题，提高装置的操作性能，以达到节能降耗、提高装置整体经济效益的效果。 根据国外的统计资料，在炼油装置应用先进控制的效益是非常巨大的。对于一个处理量为10其年效益为182万美元。6t/a的催化裂化装置， （1）工业过程控制的主要策略①自适应控制? 自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智能调节自身特性的反馈控制系统以使系统能按照一些设定的标准工作在最优状态。一般地说，自适应控制在航空、导弹和空间飞行器的控制中很成功。可以得出结论，传统的自适应控制适合㈠没有大时间延迟的机械系统；㈡对设计的系统动态特性很清楚。但在工业过程控制应用中，传统的自适应控制并不如意。PID自整定方案可能是最可靠的，广泛应用于商业产品，但用户并不怎么喜欢和接受。 ? 传统的自适应控制方法，要么采用模型参考要么采用自整定，一般需要辨识过程的动态特性。它存在许多基本问题㈠需要复杂的离线训练；㈡辨识所需的充分激励信号和系统平稳运行的矛盾；㈢对系统结构假设；㈣实际应用中，模型的收敛性和系统稳定性无法保证。另外，传统自适应控制方法中假设系统结构的信息，在处理非线性、变结构或大时间延迟时很难。 ? ②鲁棒控制? 鲁棒控制是一个着重控制算法可靠性研究的控制器设计方法。鲁棒性一般定义为在实际环境中为保证安全要求控制系统最小必须满足的要求。一旦设计好这个控制器，它的参数不能改变而且控制性能保证。鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些算法不需要精确的过程模型但需要一些离线辨识。一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。 ? 鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控制是这类系统的例子。过程控制应用中，某些控制系统也可以用鲁棒控制方法设计，特别是对那些比较关键且㈠不确定因素变化范围大；㈡稳定裕度小的对象。但是，鲁棒控制系统的设计要由高级专家完成。一旦设计成功，就不需太多的人工干预。另一方面，如果要升级或作重大调整，系统就要重新设计。 ? ③最优控制? 最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分。成功应用于航天航空和军事领域，在许多方面改变了人们的生活。一个典型的最优控制问题描述如下：被控系统的状态方程和初始条件给定，同时给定目标函数。然后寻找一个可行的控制方法使系统从输出状态过渡到目标状态，并达到最优的性能指标。动态规划、最大值原理和变分法是最优控制理论的基本内容和常用方法。庞特里亚金极大值原理和贝尔曼动态规划是在约束