[胜利学院前沿讲座]流程工业先进控制技术

先进控制技术综述1 引言在实际的工业控制过程中，很多系统具有高度的非线性、多变量耦合性、不确定性、信息不完全性和大滞后等特性。

对于这种系统很难获得精确的数学模型，并且常规的控制无法获得满意的控制效果。

面对这些复杂的工业控制产生了新的控制策略，即先进控制技术。

先进控制技术包括：自适应控制，预测控制，推理控制，鲁棒控制以及包括模糊控制与神经网络在内的智能控制方法。

本文详细介绍了自适应控制、预测控制以及这两种先进控制的应用领域和优缺点[1]。

2 自适应控制自适应控制的思想是对于系统中的不确定性，以及控制任务的艰巨性，对于部分未建模的动态特性、变化的被控对象和干扰信号，及时地测得它们的信息，并根据此信息按一定的设计方法，自动地做出控制决策、修改控制器结构和参数，使其控制信号能够适应对象和扰动的动态变化，在某种意义上达到控制效果最优或次优。

2．1 自适应控制介绍目前自适应控制的种类很多，从总体上可以分为三大类：自校正控制、模型参考自适应控制和其他类型的自适应控制。

自校正控制的主要问题是用递推辨识算法辨识系统参数，根据系统运行指标来确定调节器或控制器的参数。

其原理简单、容易实现，现已广泛地用在参数变化、有迟滞和时变过程特性，以及具有随机扰动的复杂系统。

自校正控制系统的一般结构图如图1所示。

自校正控制适用于离散随机控制系统[2]。

图1 自校正控制结构图模型参考自适应控制，利用可调系统的各种信息，度量或测出各种性能指标，把模型参考自适应控制与参考模型期望的性能指标相比较；用性能指标偏差通过非线性反馈的自适应机构产生自适应律来调节可调系统，以抵消可调系统因“不确定性”所造成的性能指标的偏差，最后达到使被控的可调系统获得较好的性能指标的目的。

模型参考自适应控制可以处理缓慢变化的不确定性对象的控制问题。

由于模型参考自适应控制可以不必经过系统辨识而度量性能指标，因而有可能获得快速跟踪控制。

模型参考自适应控制结构框图如图2所示，模型参考自适应控制一般用于确定性连续控制系统。

浅谈现代过程工业中的最优控制技术及其应用作者：亓会平来源：《E动时尚·科学工程技术》2019年第06期摘要：新时代下的能源、环境等问题是社会关注的焦点，最优控制技术的利用可以大幅度解决这些问题，这成为了人们追求利用的重要手段。

尤其是随着问题规模和复杂性的增加，传统优化方法已经无法解决，急需智能算法应用的使用，尤其是智能算法和传统算法的相互结合，如自适应遗传算法、单纯形模拟退火算法、粒子群算法和遗传算法的结合，模拟退火算法和遗传算法结合等和对自身的优化提升在面对实际问题上能够实现最优化。

关键词：现代过程工业；最优控制；应用；前景在日常工作生活中经常会遇到最优问题的解决，其中数学知识的运用是最常用的方法。

通常控制系统中最优问题的解决方法步骤是：对于某个由动态方程所描述的系统，在某些初始和终端状态条件下，我们可以从系统所允许的某控制系统集合中寻找到一个控制，促使给定的系统性能目标函数达到最优。

一、现代过程工业中的最优控制技术大数据时代背景下，现代科技对计算要求更高，之前传统的经典优化方法已经不能适应现实工程优化问题的需求，如用于求解线性规划问题的单纯型法，用于求解非线性规划的梯度下降法、共扼梯度法，以及用于求解约束优化问题的拉格朗日乘子法等。

基于此现状，我们需要找到一种解决现实问题的优化控制方法，这就促使人们开始探索最优控制技术。

李国强等研究了自适应动态寻优方法在极值调节控制系统中的应用，发现在实际工业生产中，若采用自适应动态寻优方法，可以不用辨识极值调节控制对象线性部分的参数，甚至能自动适应参数的飘移，因而使控制系统运行的稳定性和连续性得到保证。

陈奕梅等在对一类带有系统扰动且控制项和状态项里都含有未知参数的非线性系统的反馈稳定问题进行研究时，用扩展系统的非自适应稳定问题代替原系统的自适应稳定问题，并通过扩展系统的鲁棒控制李亚普若夫函数，得到能让原系统自适应稳定的控制律，并且通过逆最优的方法论证了所求控制律为满足某种性能指标的最优控制。

先进控制技术(APC)在石化炼油装置的应用作者：周京强来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第08期摘要：随着我国近几年来科学技术水平的不断提高，我国当前的石油产业在进行整体发展过程当中，开始引进大批先进的科学技术，对当前的生产模式，生产工艺进行全新的调整，尤其是在进行石化炼油装置的整体技术革新过程当中摒弃了传统的pid控制，运用了当前全新的控制技术，通过先进控制技术，能够更好的提高当前石化炼油装置的工作效率，也能够提高工作质量。

但当前很多企业对先进控制技术仍然存在一定的误解，或者说认知不足，因此本文将会就先进控制技术在石化炼油装置的应用进行分析。

关键词：先进控制技术;石化炼油装置;分析与应用实际上我国当前应用的先进控制技术，就是目前最为先进的信息化技术与传统的pid控制技术融合产生的一种全新的控制技术。

当前我国应用的先进控制技术，主要应用到的领域就是对当前很多工业生产的设备进行控制。

比如在进行很多产品生产过程当中，很多设备往往都需要借助控制系统，才能够更好的完成工作，提高工作效率。

但是目前所设计的控制系统，其内部设计的算法一般都是pid算法，换句话说，就是控制系统在对整个生产系统控制过程当中运用的控制模式，控制方式就是pid调节，先进算法在进行整体应用过程当中，不仅仅具有一定的优点，而且相对于当前的技术智能化、自动化而言，先进控制技术的产生，真正推动了我国当前行业的快速发展，本文拟将就先进控制技术在石化炼油装置的应用进行分析。

1 先进控制技术功能特点1.1 先进控制技术概念先进控制技术相对于我国当前很多机械生产系统而言，也属于生产系统的一部分，它主要的负责功能就是很多设备在日常生产活动开展过程当中，往往都需要借助控系统对其进行仔细控制，确保设备的工作正常运行。

该技术相对于我国当前很多传统的控制技术而言，不仅具有一定的自动化特性，更重要的是相对于传统的控制系统和控制技术而言，他所建立的控制系统以及所产生的技术成果，其自身都具备一定的技术智能化特性。

先进过程控制（APC）随着我国经济体制的转变，国内的众多石化企业日益感受到国际间竞争所带来的活力和挑战。

因此，积极开发和应用先进控制和实时优化，提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战重要对策。

先进过程控制是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。

由于先进控制的内涵丰富，同时带有较强的时代特征。

因此，至今对先进控制还没有严格的、统一的含义。

尽管如此，先进控制的任务都是明确的，即用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。

先进控制应用得当可带来显著的经济效益。

在石化工业中，一个先进控制项目的年经济效益在百万元以上，其投资回收期一般在一年以内。

丰厚的回报而引入注目。

通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而将生产装置推至更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等目的。

从60年代初现代控制理论迅速发展以来，出现了一系列的优化控制和多变量控制算法，以及更晚些时候出现的自适应控制算法和鲁捧控制算法等，这些都属于先进控制。

人们曾经希望开创一户现代控制理论应用的新时代，但自70年代以来，理论成果虽多，在过程控制的应用却不理想，原因有两个方面：（1）模型问题。

像高斯干扰下的线性二次型控制（LQG）等现代控制理论的杰作都是基于模型的算法。

尽管建模技术已有很大发展，白色、黑色、灰色的方法都有，但精确可靠的动态数学模型依然难得。

对象往往具有不确定性，使精确建模无法做到。

（2）认识问题。

一个装置的控制，有各种可供选择的策略和算法，如果你的算法能得到合格的结果，那还要问一问，你的算法是否比其他算法更好？同时，控制效果即使提高，是否能产生实际效益？这样一比，许多新算法的优越性都不见了。

先进控制技术的主要控制方法综述在现代工业生产中，控制技术是至关重要的一环。

先进控制技术作为一种高级的控制方法，被广泛应用于化工、电力、制造业等领域。

它通过引入先进的控制算法和技术手段，不仅可以提高系统的响应速度和稳定性，还可以降低生产成本，提高生产效率。

本文将围绕先进控制技术的主要控制方法展开综述，以便读者更全面地了解这一领域。

1. 模型预测控制（MPC）模型预测控制是一种基于数学模型的先进控制方法。

其核心思想是利用系统的数学模型对未来的发展进行预测，并基于预测结果制定控制方案。

MPC广泛应用于化工、石油、电力等行业中，通过对系统动态特性进行建模和预测，可以实现快速响应和系统稳定性的提高。

2. 自适应控制自适应控制是一种能够自动调节控制参数以适应系统变化的控制方法。

通过引入自适应算法，系统可以根据外部环境的变化实时调整控制参数，从而保持系统的稳定性和可靠性。

自适应控制在飞行器、机器人、汽车等领域有着广泛的应用，能够有效应对各种复杂的控制场景。

3. 鲁棒控制鲁棒控制是一种能够在系统参数变化或者外部扰动的情况下保持系统稳定性的控制方法。

它通过引入鲁棒性设计，可以有效克服系统参数变化和外部干扰带来的影响，保障系统的稳定运行。

鲁棒控制在航空航天、汽车、机械等领域有着重要的应用，能够大大提高系统的可靠性和稳定性。

4. 预测控制预测控制是一种基于系统状态的预测进行控制的方法。

通过对系统状态的预测，可以有效地制定控制策略，实现对系统的精准控制。

预测控制在电力系统、交通系统、自动化生产线等领域有着广泛的应用，能够提高系统的控制精度和稳定性。

5. 非线性控制非线性控制是一种能够有效应对系统非线性特性的控制方法。

许多实际系统都存在着复杂的非线性特性，如摩擦、干扰等，传统的线性控制方法往往难以处理这些问题。

非线性控制方法通过引入非线性建模和控制算法，可以克服系统非线性带来的影响，实现对系统的精准控制。

非线性控制在航空航天、机器人、智能制造等领域有着重要的应用，能够有效提高系统的控制精度和鲁棒性。

工业过程先进控制及应用-控制理论与工程的发展-----------------------作者：-----------------------日期：过程控制中的若干问题一、控制理论发展1.40-50年代经典控制理论传递函数为基础,在频率域对单输入单输出SISO控制系统分析与设计的理论20世纪40年代开始形成的控制理论被称为“20世纪上半叶三大伟绩之一”最辉煌的成果之一PID控制根轨迹Evans频率特性Nyquist Bode随动控制 定值控制定量分析困难定性分析相当有用2. 60年代现代控制理论状态空间方法为基础，以极小值原理和动态规划方法等最优控制理论为特证，而以采用卡尔曼滤波器的随机干扰下的线性二次型系统宣告了时域方法的完成。

研究多输入多输出系统在航天、航空、导制等领域取得了辉煌的成果对复杂工业过程却显得无能为力,主要原因：要有精确过程数学模型建精确过程数学模型难点：机理复杂非线性与分布参数时变性不确定性多变量之间耦合信息不完全性IFAC----系统辨识与参数估计 (1965年以来每三年一次)现代工业过程建模主要特征：•模型的层次性。

系统结构为递阶结构型，为此过程建模将围绕着结构逐层进行，各层模型之间通过信息通道相互联系。

•模型的多时标性。

模型的各层次时标快慢亦是不同的，每一层次兼有两种状态，相对于下层快时标系统它是离散事件变量，相对于上层慢时标系统，它可视为连续时间变量。

•信息的多样性。

信息是语言，文字，图形，符号,图象，数字等多媒体信息集成。

建模方法：机理建模；经验建模；智能建模（神经网络建模、知识模型、模糊模型、逻辑关系模型等）。

3.七十年代开始逐步发展形成了大系统理论大系统理论是现代控制理论和系统理论相结合，其核心思想是系统的分解与协调，多级递阶优化与控制。

大系统理论仍未突破现代控制理论的基本思想与框架，除了高维线性系统之外，它对其它复杂系统仍然束手无策。

对于含有大量不确定性和难于建模的复杂系统，基于知识的专家系统、模糊控制、人工神经网络控制、学习控制和基于信息论的智能控制等应运而生，它们在许多领域都得到了广泛的应用。

先进控制在过程工业中的应用自10 FXY 你猜北石化赠自11级学弟学妹使用摘要：为进一步提高延迟焦化装置的控制水平，挖掘装置潜力。

以中国石化九江分公司的延迟焦化装置及其后续吸收稳定单元为工业应用和以美国阿斯本（Aspen tech）公司开发设计的预测控制与软测量技术应用实施过程背景。

简述了先进控制与优化技术在过程工业中应用的重要意义，介绍近年来把现代控制理论应用于过程工业的成功实例，同时给出应用中所需解决的一些问题。

先进控制器投运后，提高了过程装置运行平稳性和安全性，节能降耗，并提高了高价值产品收率。

实施结果表明先进过程控制在过程工业上的应用效果显著。

引言以多变量模型预测控制[1]为主要特征的先进过程控制（Advanced Process Control 简称APC）是比传统的PID控制更优异的一种控制策略，代表性的技术有Aspen公司的DMCplus技术和Honeywell公司的鲁棒多变量预估控制技术(RMPCT)。

由于模型预测控制是一种开放式的控制策略，体现了人们处理不确定性问题时的一种通用思想方法，且控制效果好，鲁棒性强，能方便的处理过程被控变量和操作变量中的各种约束，目前正被广泛应用于日益复杂化的工业系统。

应用案例一：以九江石化延迟焦化装置及其后续吸收稳定单元为工业应用背景, 延迟焦化装置工艺流程复杂，且属半间歇式工艺过程，装置定期切换焦炭塔，对装置造成较大的扰动。

在延迟焦化装置上实施先进控制, 实现其长期平稳、优化操作对进一步提高企业经济效益具有重要的现实意义[ 2 ]。

采用A s p e n 公司的DMCplus先进控制技术，通过建立装置的过程模型，并结合前馈补偿，研究开发了三个先进控制器，并获得了成功的工业应用。

1 工艺流程及特点九江分公司延迟焦化装置加工原料渣油，设计加工能力为100万吨/年。

焦化单元采用“一炉两塔”工艺技术流程，吸收稳定单元采用“吸收—再吸收—解吸—稳定”工艺技术流程。