先进控制与实时优化技术交流.ppt

先进控制与实时优化技术交流 主要内容 先进控制系统概述 先进控制技术介绍 案例分析 工程实施 先进控制主要特点 以现代控制理论为基础 系统辨识（最小二乘法为基础） 最优控制（极大值原理和动态规划方法） 最优估计（卡尔曼滤波理论） 以模型为基础，处理多变量控制问题 模型类型：传递函数，状态空间模型 建模方法：机理建模、测试建模 先进控制主要特点 借助于计算机来实现 数据处理与传输、模型辨识、控制规律的计算、控制性能的监控、整体系统的监视（包括统计计算、各种图形显示）等均依赖于计算机来实现。 先进控制的发展 单回路控制和多回路控制系统能解决80％左右的工业控制问题，但是随着生产向着大型化、复杂化方向发展，已难以满足苛刻的约束条件和高质量的控制要求。因而也难以获取显著的经济效益。随着现代控制理论的日臻成熟和强有力的计算机出现，使得先进控制应运而生。 先进控制的发展 最优控制－给出最优结构和最优控制策略，使得系统输出与预先选定的性能指标函数的偏差最小的控制方法。 解耦控制－多变量控制系统中消除变量间的相互影响。 推理控制－采用干扰信号分离、干扰估计器等解决被控量和干扰不可测情况下的控制问题。 自适应控制－控制实施中可以改变控制系统本身。从而使控制行为适合于新的环境。它包含了模型参考自适应控制、自校正控制和参数自适应控制 。 鲁棒控制－针对模型在结构或参数上的不确定性，在对系统进行灵敏度分析和摄动分析的基础上，使系统仍然稳定且保持控制性能的控制方法。 先进控制的发展 模糊控制－基于模糊集理论的一种控制方法，即建立模糊模型、进行模糊化、清晰化和采用模糊化推理等来实现。 智能控制－是一种人工智能、控制理论、运筹学和信息论相结合的控制方法，它采用诸如专家系统、神经网络、模式识别等各种人工智能技术应用于控制系统。 预测控制－采用对输出进行预报、对模型进行反馈校正、对控制实施滚动优化等策略的控制。 …… APC面向对象 现代流程工业 连续生产过程 整个生产过程的连续性和无间断性，通过一系列加工装置对原材料进行规定的化学反应和物理变化。如炼油、化工、电力、造纸、冶金等行业 有明确的性能改善要求 提高控制平稳性 降低操作人员劳动强度 改善产品质量或提高高价值产品收率 节能降耗 生产过程采用计算机控制 为何要实施APC？ 连续生产过程提高效益的两个方面： 生产过程工艺与设备的创新与改造 不断采用先进工艺技术和设备 生产装置的优化，生产装置规模的不断扩大 生产过程运行与管理的科学化 生产装置的安全平稳运行（离不开自动控制） 生产装置的先进控制与实时优化（APC/RTO） 生产调度与生产计划的优化 生产和技术管理的科学化 设计已经优化，APC还有多少效益？ 实际运行与设计条件不同 原料量与原料性质的变化 市场需求的变化、生产环境的变化 运行总是处于动态变化之中，与基于稳态的设计不同 如何使运行安全、平稳，并处于优化状态? 如何在变化的情况下给出优化条件并尽快达到优化? 石油化工生产装置操作控制的潜在效益 “安、稳、长、满、优” 就有明显效益 无或少事故，无或少联锁切换，安全运行 产品质量合格，产率或收率最高，尤其是高价值产品产率的提高，离不开平稳控制 处理量高或满负荷生产 节能降耗、长周期运行 生产过程运行状态的优化 良好操作控制日益成为“安、稳、长、满、优”主要因素 生产规模的增大，对操作控制的要求越来越高 石油化工生产过程APCRTO潜在效益 石油化工生产过程APC/RTO潜在效益 潜在效益是APC/RTO发展的动力 生产装置规模越大，效益越显著 社会越发展，要求越迫切 Benson Perkins 的估计 (CPC-V,1996) 基于运行平均水平与先进水平差矩分析： 平稳控制与动态优化：1200 亿/年 减少起动、停车与切换： 1000 亿/年 生产过程的实时优化 已有PID控制系统，还需要APC吗？ 石油化工生产装置操作运性特性： 多变量关联 动态变化：多种动态响应与多重时滞 非线性：变量间关系随操作状态变化 许多重要变量不能实时测量得到 运行状态、约束与控制要求经常发生变化 干扰、设备、工艺条件、运行环境 生产负荷 生产方案：产品规格、工艺流程 结构：(作为被控对象)被控变量与操纵变量的变化 已有PID控制系统，还需要APC吗？ PID控制是平稳生产运行的必不可少的手段 对响应慢、时间滞后明显的过程，控制性能有待提高 由PID控制组成的多变量控制作用有限 串级、均匀、选择、分程等发挥了一定作用，但有限。 不完全适应多变量互相影响的生产过程 PID控制不完全适应生产过程操作控制的要求 不便于处理约束和和区域控制要求 无多变量协调优化功能 PID控制难于适应生产过程的变化，无优化功能 上世纪八十年代A