梁照斌

(揚州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇 揚州 225127)

0 引言

先進(jìn)控制技術(shù)（APC）是對于目前使用越來越廣泛的非常規(guī)控制電路以及控制方法的總稱，一般認(rèn)為先進(jìn)控制技術(shù)有優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制回路的控制效果。先進(jìn)控制技術(shù)的核心主要包含模糊控制、預(yù)測控制以及自適應(yīng)控制等多個方面的內(nèi)容。其主要的核心思想表現(xiàn)為采用對多個變量的預(yù)估作為控制的核心，建立過程數(shù)學(xué)模型預(yù)測未來信號的輸出狀態(tài)，同時應(yīng)用預(yù)測對象的實際輸出值以及預(yù)測值形成誤差修正模型，以此達(dá)到使系統(tǒng)工作于最佳狀態(tài)的目的。先進(jìn)控制技術(shù)一般要求能建立過程數(shù)學(xué)模型以及誤差修正的數(shù)學(xué)模型，在實際的工業(yè)控制應(yīng)用中建立結(jié)構(gòu)簡單、控制性能良好的數(shù)學(xué)模型難度較大。從控制工程的基本理論以及工程應(yīng)用的角度分析，形成一種不過分依賴于數(shù)學(xué)模型，閉環(huán)控制特性良好的新型理論以及實際算法是目前工業(yè)控制領(lǐng)域研究的重要方向之一。

1 先進(jìn)控制技術(shù)的基本內(nèi)涵

先進(jìn)控制技術(shù)的內(nèi)涵應(yīng)該包含控制對象的數(shù)據(jù)采集、控制過程的數(shù)學(xué)模型的建立、先進(jìn)控制策略的應(yīng)用以及控制技術(shù)的工程實際應(yīng)用等方面的內(nèi)容。

1.1 控制對象數(shù)據(jù)的采集、處理以及軟測量技術(shù)

對于控制對象進(jìn)行大量的實際測量形成較大的數(shù)據(jù)量是先進(jìn)控制技術(shù)優(yōu)勢的一個重要表現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確度對于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立具有重要的影響。同時在實際的工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不可避免地都會收到工業(yè)環(huán)境噪聲以及干擾的影響。因此濾波器的設(shè)計就顯得尤為重要，同時還可以采取過失誤差檢測、數(shù)據(jù)有效性檢驗等多種信號調(diào)理方式有效改善數(shù)據(jù)的采集效果。數(shù)據(jù)的采集是先進(jìn)控制系統(tǒng)得以實施的重要保障。在實施先進(jìn)控制與優(yōu)化系統(tǒng)時，往往需要一些很重要的變量，如產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、產(chǎn)品產(chǎn)率、化學(xué)反應(yīng)深度、優(yōu)化目標(biāo)等，但是這些變量往往又是不可直接測量或者是雖然可以通過在線分析儀進(jìn)行測量，但時間滯后很大，不能用于實時閉環(huán)控制。為了實時獲得這些重要變量，并參與閉環(huán)控制和優(yōu)化，就必須利用有關(guān)的可測過程變量，通過與這些有關(guān)過程變量之間的數(shù)學(xué)模型或代數(shù)函數(shù)進(jìn)行計算，這就是所謂的軟測量技術(shù)。

1.2 先進(jìn)的控制策略

先進(jìn)控制技術(shù)的第二個方面就是能夠?qū)I(yè)控制系統(tǒng)采用對應(yīng)的先進(jìn)控制策略。為了能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中控制性能的實際需要，在控制方案上要能夠制定合理的控制目標(biāo)以及設(shè)計良好的控制結(jié)構(gòu)。先進(jìn)控制技術(shù)首先需要關(guān)注的就是重要過程變量的控制以及控制性能的改善，目前主要采取的方案是單變量模型預(yù)測控制的基本方案；約束多變量的協(xié)調(diào)控制也是先進(jìn)控制技術(shù)需要解決的重要問題，目前在工業(yè)控制系統(tǒng)中主要應(yīng)用的就是帶有協(xié)調(diào)層的多變量預(yù)測策略；先進(jìn)控制技術(shù)最后要解決的就是推斷質(zhì)量控制，在此過程中主要涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包含模糊控制、魯棒控制以及非線性控制等多種方案。

1.3 多變量動態(tài)過程模型辨識技術(shù)

實施有效的變量控制的基礎(chǔ)是進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時動態(tài)采集，在復(fù)雜的工業(yè)控制過程系統(tǒng)中，尤其是數(shù)據(jù)量較大以及噪聲范圍很寬的場合需要強有力的數(shù)據(jù)處理軟件對于采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行虛假數(shù)據(jù)的剔除以及有效數(shù)據(jù)的分組，最終可以實現(xiàn)將工程實踐中的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為多變量輸入、多變量輸出的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。實現(xiàn)工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型化是涉及到過程動態(tài)學(xué)、人工智能、統(tǒng)計學(xué)原理以及系統(tǒng)辨識等多方面知識的綜合技能，在實際的工業(yè)控制系統(tǒng)設(shè)計中具有極為重要的意義。

模型的建立過程中，可以使用DMC進(jìn)行線性預(yù)測模型的建立。在DMC算法中，首先需要的就是進(jìn)行對對象的單位階躍響應(yīng)的采樣值進(jìn)行測定ai=a(iT),其中T為響應(yīng)值的采用周期。實際的工程控制對象都具有穩(wěn)定的趨向，因此aN可以認(rèn)為是階躍響應(yīng)的穩(wěn)定值。因此對象的動態(tài)信息就可以應(yīng)用有限的集合{a1；a2；a3…aN}來描述。由集合產(chǎn)生的向量就是模型參數(shù)，在K時刻就可以在假定控制對象不變的情況下對未來的N個變量進(jìn)行控制預(yù)測。y1(k+ik)=y1(k+ik)+aiΔu(k)

2 先進(jìn)控制技術(shù)的特點以及應(yīng)用領(lǐng)域

先進(jìn)控制技術(shù)的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面，首先是與傳統(tǒng)的PID策略不同，先進(jìn)控制技術(shù)是一種基于模型的控制方案，涉及到對模型的建立以及誤差的調(diào)整；先進(jìn)控制技術(shù)一般都是用來對多變量、電路之間耦合較強等場合進(jìn)行控制；先進(jìn)控制技術(shù)一般都是建立在常見的單回路控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，用來進(jìn)行系統(tǒng)動態(tài)性能的協(xié)調(diào)控制，先進(jìn)控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計，滿足生產(chǎn)系統(tǒng)的需求；先進(jìn)控制系統(tǒng)由于涉及到模型的建立，因此需要進(jìn)行大量的采集數(shù)據(jù)的處理分析，因此先進(jìn)控制技術(shù)需要強有力的計算工具以進(jìn)行支撐。

目前，先進(jìn)控制技術(shù)在石油化工行業(yè)的生產(chǎn)以及其他工業(yè)生產(chǎn)控制方面發(fā)揮了重要的作用。由于先進(jìn)控制技術(shù)在控制系統(tǒng)的動態(tài)性能調(diào)整、變量變化范圍的波動控制以及卡邊操作等方面的優(yōu)勢，在石油化工以及其他的工業(yè)過程生產(chǎn)控制中得到了極為廣泛的應(yīng)用。先進(jìn)控制系統(tǒng)目前采用的主要方式是在傳統(tǒng)的DCS裝置上進(jìn)行了先進(jìn)控制技術(shù)的應(yīng)用。目前先進(jìn)控制系統(tǒng)的主要理論是進(jìn)行機理建模以及采用辨識理論測試等方案進(jìn)行建模兩種。

3 先進(jìn)控制技術(shù)存在的問題以及發(fā)展趨勢

目前，先進(jìn)控制技術(shù)理論以及工程應(yīng)用在國內(nèi)都取得了良好的效果，但是與發(fā)達(dá)國家相比。仍然存在著一定的差距。一般企業(yè)工業(yè)生產(chǎn)過程中所需要的控制系統(tǒng)都是由系統(tǒng)開發(fā)企業(yè)完成的，在實際的使用過程中出現(xiàn)故障一般都依賴于開發(fā)企業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)試，用戶企業(yè)一般自身都缺乏先進(jìn)控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用能力以及解決問題的能力。先進(jìn)控制技術(shù)目前尚不能夠完全滿足閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性的控制要求。隨著控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度逐漸提升，生產(chǎn)裝置的的大型化以及復(fù)雜化，同時隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)要求越來越高。

4 結(jié)論

先進(jìn)控制技術(shù)對于目前的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作環(huán)境噪聲大等情況下的工作具有重要的意義。先進(jìn)控制技術(shù)主要包含控制對象數(shù)據(jù)的采集、控制模型的建立以及誤差消除（減?。┛刂颇Ｐ偷慕?，要能夠?qū)崿F(xiàn)性能良好的先進(jìn)控制系統(tǒng)同時也需要具備性能優(yōu)越的數(shù)據(jù)計算軟件以及硬件平臺。先進(jìn)控制技術(shù)在理論以及工業(yè)生產(chǎn)過程方面的實際控制都取得了良好的經(jīng)濟效果以及社會效益，但是同時也存在著諸多亟待解決的現(xiàn)實問題，需要在今后的開發(fā)與設(shè)計中進(jìn)一步進(jìn)行探索，以保證先進(jìn)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)控制過程中發(fā)揮更大的作用。

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