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模块多变量广义预测控制及应用

张庆武  
【摘要】:现代工业的发展对过程控制提出了更高的要求,迫切需要解决多变量、多目标、有约束的动态优化控制问题。 静态模块多变量控制可以显式处理多目标有约束稳态优化控制问题,它采用模块化的分层控制器结构,按照优先级顺序将各个目标分配到相应的模块,每个模块处理一个控制目标,按照字典序极小化方法由高到低依次满足各个目标。这种结构能清晰表达工程上的权衡和决策,符合工业过程控制的要求。 阶梯式控制技术可以大大降低预测控制未来控制量计算的复杂度。本文将模块多变量控制与阶梯式广义预测控制相结合,提出模块多变量广义预测控制(MMGPC),它能够实现动态模块多变量优化控制。动态模块多变量控制能较好地处理现代工业过程迫切需要解决的多目标、有约束动态优化控制问题;阶梯式广义预测控制则对大惯性、大时延、强干扰的过程对象有很好的控制效果,且鲁棒性较强。两者的结合使得模块多变量广义预测控制器在实际应用中取得了较好的效果。 智能监督级对于提升先进控制器的连续运行时间和投用率有重要意义。本文从辨识监督级和控制器监督级两方面总结了智能监督级的研究现状、研究内容和任务,归纳并提出一般性的辨识监督级和控制器监督级的框架结构。这种面向对象的模块化监督级结构方便了监督级的设计和重构,对智能监督级实例的设计有一定意义。 动态模块多变量控制的应用研究证实了它的优良性能和实用价值。本文中的应用研究包括三部分内容: 1、电站锅炉主蒸汽温度的模块多变量广义预测控制 经过对操作工艺的仔细分析可以发现,电站锅炉主蒸汽温度控制实际上是一个多目标、有约束的优化控制问题,模块多变量广义预测控制比其它只关注设定值目标的控制算法更接近问题的本原。 为了获得被控对象的数学模型,本文将最小二乘法与相关系数法相结合,提出一种新的建模方法。它可以获得模型阶次、纯滞后等模型结构的信息,并辨识出模型系数。 2、多段冷激式氨合成塔全塔温度的模块多变量广义预测控制 多段冷激式氨合成塔在我国合成氨工业中具有重要的地位。本文详细分析了多段冷激式氨合成系统工艺和温度控制的特点与难点,根据分析结果设计了模块多变量广义预测控制器框架结构,并对控制目标和控制量优先级问题进行了讨论。 为了模块多变量广义预测控制器的有效实施,本文还讨论了以下问题:建模数据的获取和模型辨识方法;多种前馈控制器的引入有助于控制器对各种强干扰的抑制;根据实际需要设计了控制器智能监督级,有效地解决了模块多变量控制器在线重构、热点检测、控制器切换监督等问题,确保了控制器的连续运行时间和投用率。 应用效果表明,模块多变量广义预测控制器在多段冷激式氨合成塔全塔温度控制中取得了成功,控制精度达到了国内领先的水平,对增加企业的经济效益具有现实意义。 3、线性低密度聚乙烯装置的模块多变量在线操作指导 通过对线性低密度聚乙烯反应器关键控制系统的分析发现,聚乙烯反应器催化剂加料量


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