第9章 复杂控制系统-2.pptVIP

化工仪表及自动化 昆明理工大学 杨彪 2010~2011学年下 第八章 复杂控制系统 知识结构 新型控制系统 §5 选择性控制系统 二、选择性控制系统类型 二、选择性控制系统类型 二、选择性控制系统类型 二、选择性控制系统类型 二、选择性控制系统类型 二、选择性控制系统类型 §6 前馈控制系统 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 二、前馈控制与反馈控制比较 一、前馈控制原理 二、前馈控制与反馈控制比较 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 三、前馈控制的应用 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 一、前馈控制原理 三、前馈控制的应用 三、前馈控制的应用 三、前馈控制的应用 三、前馈控制的应用 三、前馈控制的应用 三、前馈控制的应用 §7 先进控制系统 §7 先进控制系统 控制系统不仅要保证系统稳定和生产安全，还要在满足一定约束条件下，带来一定的经济效益和社会效益，然而对于复杂工业工程设计这样的控制系统比较困难，因为复杂工业工程具有复杂特性，表现在： 不确定性（时变、随机性、突发性） 非线性 变量间的关联 信息不全面 大纯滞后 §7 先进控制系统 对于复杂过程的设计，已经不能采用单一的基于定量数学模型的传统控制理论和控制技术，必须开发研究先进的过程控制技术，而目前石化企业普遍采用的DCS等先进控制方式也为实施先进控制提供了很好的基础，也只有在DCS等先进控制平台上开发应用各种先进控制方案，才能充分挖掘DCS系统的潜能，为企业带来明显的经济效益。 §7 先进控制系统 通过加强对过程建模理论、辨识技术、优化控制、高等过程控制等方面的研究；吸收相关学科的理论和工具，已经产生了较多的先进控制技术，如： 自适应控制 预测控制 鲁棒控制 智能控制（专家系统，模糊控制，神经网络及它们的结合） §7 先进控制系统 先进控制系统 本节主要向大家介绍几种先进控制方法的基本原理，开阔视野，包括： 基于模型的预测控制 软测量技术 自适应控制 智能控制 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 由于很难获得复杂工业过程的精确数学模型，因此以模型为基础的现代控制理论在过程控制中遇到了挑战，而预测控制对模型的要求很低，它产生于工业界并在复杂过程控制中取得了显著的成功。 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 预测控制的基本出发点与传统的PID控制不同。通常的PID控制是根据过程当前和过去的输出测量值和设定值的偏差来确定当前的控制输入； 而预测控制不但利用当前和过去的偏差值，而且还利用预测模型来估计过程未来的偏差，以滚动优化确定当前的最优输入策略。因此，从基本思想看，预测控制优于PID控制。 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 1、预测控制的基本原理 各类预测控制算法都有一些共同的特点，即预测模型、反馈校正、滚动优化 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 （1）、预测模型 预测控制需要一个描述系统动态行为的模型，它具有预测功能，即根据系统现在时刻的控制输入以及过程的历史信息，预测过程输出的未来值。预测模型具有展示过程未来行为的功能，因此可以像在系统仿真时那样，任意的给出未来控制策略，观察过程不同控制策略下的输出变化，从而为比较这些控制策略的优劣提供了基础。 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 常见的预测模型有： 脉冲响应模型（MAC） 阶跃响应模型（DMC） 非参数模型 传递函数模型 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 （2）、反馈校正 在预测控制中，采用预测模型进行过程输出值的预测会与实际值产生偏差（过程存在非线性、时变、模型失配等），因此要利用测量值与模型的预估值的偏差来校正模型的预测值，从而得到更为准确的将来输出的预测值。正是这种模型加反馈校正的过程，使得预测控制有很强的抗干扰和克服系统不确定性的能力。因此，预测控制不仅基于模型，而且利用了反馈信息，因此预测控制是一种闭环优化控制算法。 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 （3）、滚动优化 通过某一性能指标的最优化来确定未来的控制作用，而且该性能指标还涉及到过程未来的行为，它是根据预测模型由未来的控制策略决定的。 预测控制的优化不是采用不变的全局最优目标，而是采用滚动式的有限时域优化策略，过程优化不是一次离线完成，而是反复在线进行的。 §7 先进控制系统 一、基于模型的预测控制 （4）参考轨迹 在预测控制中，考虑到过程的动态特性，为了使过程避免出现输入和输出的急剧变化，往往要求过程输出沿着一条所期望的、平缓的曲线达到设定值。这条曲线通常称为参考轨迹