專利名稱：化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石油、化工等流程工業(yè)控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)化領(lǐng)域，特別地，涉及一種 化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法。
背景技術(shù)：
近年來，以預(yù)測控制技術(shù)(MPC，Model Predictive Control)為代表的先進(jìn)控制策 略(APC，Advanced Process Control)已在石油、化工、造紙、制藥等流程工業(yè)中得到了廣泛 應(yīng)用，為企業(yè)的安全生產(chǎn)、環(huán)保、高產(chǎn)、低耗等提供了重要保障，經(jīng)濟(jì)效益有了顯著提高。然 而，APC的推廣和投運(yùn)仍存在一些亟待解決的問題。一方面，APC需要增加投資和維護(hù)成本， 能否在投運(yùn)前給出較為全面和精準(zhǔn)的投資與收益分析，是企業(yè)關(guān)心的問題之一。另一方面， 大部分預(yù)測控制器投運(yùn)初期有良好的控制效果，但隨著時(shí)間的推移，原料供應(yīng)、生產(chǎn)目標(biāo)、 操作條件、生產(chǎn)環(huán)境等因素發(fā)生了變化，APC控制器逐漸偏離初始設(shè)定狀態(tài)，性能下降，甚至 無法正常運(yùn)行以致切換回傳統(tǒng)手動(dòng)控制，造成投資浪費(fèi)，無法達(dá)到預(yù)期最大效益。因此流程 工業(yè)需要一套系統(tǒng)的、可行的經(jīng)濟(jì)性能評估方案。目前常見的性能評估方法是最小方差控制基準(zhǔn)(MVC，Minimum VarianceControl)，通過將過程實(shí)際數(shù)據(jù)與最小方差基準(zhǔn)對比，評估系統(tǒng)性能的可提升余 量。但由于MVC以系統(tǒng)輸出最小可能的方差作為評估基準(zhǔn)，并未考慮到控制作用的限制，僅 為一種理想化的理論值，通常會(huì)得到高于實(shí)際可達(dá)的評估結(jié)果，并且控制魯棒性欠佳，對于 實(shí)際生產(chǎn)過程缺乏可行性，其研究鮮見于工業(yè)應(yīng)用。由于現(xiàn)代工業(yè)過程的大規(guī)?；?，復(fù)雜 化，各回路相互耦合，多變量MPC得到了廣泛應(yīng)用并且具有良好的發(fā)展前景，針對工業(yè)過程 多變量MPC的經(jīng)濟(jì)性能評估具有很好的應(yīng)用價(jià)值。目前工業(yè)過程中對于MPC的目標(biāo)設(shè)定值 通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置，其是否最優(yōu)尚缺少有效的評估方法，存在較大的經(jīng)濟(jì)性能提升空間；同 時(shí)擾動(dòng)等不確定性導(dǎo)致過程變量不可避免的存在波動(dòng)，為保證生產(chǎn)的安全性，對于過程變 量的約束通常人工設(shè)定退避值，其設(shè)置過大則會(huì)導(dǎo)致保守性，損失經(jīng)濟(jì)效益，因此根據(jù)生產(chǎn) 變化的最優(yōu)自適應(yīng)退避機(jī)制具有重要的實(shí)用價(jià)值。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo) 優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法?；み^程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法包括以下步驟1)根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)選取化工過程設(shè)備控制變量MV與輸出變量CV，采集其穩(wěn)定運(yùn)行 階段的代表性過程數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前工況點(diǎn)均值及方差；2)確定各個(gè)生產(chǎn)單元經(jīng)濟(jì)目標(biāo)θ (Yj)及性能指標(biāo)J J = E[9] = I 9(yj )f{yj，μ, a)dyj
其中yj為生產(chǎn)控制系統(tǒng)輸出，μ和σ分別為生產(chǎn)過程輸出的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差， 為在該經(jīng)濟(jì)目標(biāo)取值下的概率密度；3)根據(jù)化工過程設(shè)備控制單元控制變量MV與輸出變量CV確定穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束關(guān) 系(1)穩(wěn)態(tài)增益模型 (2)控制變量與輸出變量約束限^’min + z^nfjyj ^ y)么 ^,max -z^ncjyjUimm + Ztt,/2aUi < U; < Uimax — Iai/2aui4)非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合；5)根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn) MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值；6)重復(fù)步驟1) 步驟5)，根據(jù)化工過程變化自動(dòng)更新化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng) 濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。所述的非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合步驟包括1)建立過程輸出方差VarY與控制方差VarU的加權(quán)LQG性能指標(biāo) 2)對于每一組特定加權(quán)矩陣Λ的值，做如下求解(1) SmXp多變量離散控制系統(tǒng)為 其中系統(tǒng)噪聲α t為白噪聲，H為卡爾曼濾波增益矩陣；(2)求解最優(yōu)狀態(tài)反饋和控制律 其中L = (BTSB+R) (BTSA+NT)為狀態(tài)反饋增益矩陣，S由求解代數(shù)Riccati方程AtSA-S- (AtSB+N) (BtSB+R) (BtSA+Nt) +Q = O得到，Q = CtWC為二次型狀態(tài)加權(quán)矩陣，N為狀態(tài)與控制加權(quán)矩陣，通常取N = O;(3)得到對象模型的控制與輸出方差分別為 Var(Yt) = [C 0]Far(X() ^ +Var{at)3)改變加權(quán)矩陣Λ的值，按照步驟1)求解該最優(yōu)性能指標(biāo)，獲取控制與輸出方差 關(guān)系的LQG基準(zhǔn)離散點(diǎn)集；4)擬合該離散點(diǎn)集，得到控制與輸出標(biāo)準(zhǔn)差關(guān)系的最優(yōu)Pareto曲面約束方程σ γ = f ( σ J。所述的根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài)目標(biāo)，實(shí) 現(xiàn)MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值步驟包 括根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立如下穩(wěn)態(tài)目標(biāo)
其中，k.j為被控過程的穩(wěn)態(tài)增益，Mf5和;^分別為控制作用和過程輸出的當(dāng)前設(shè) 定值，％和<為穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)最優(yōu)下的MPC設(shè)定值，ZV2°；,和夂/2°；為相應(yīng)的最優(yōu)退避值， 實(shí)現(xiàn)MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1.對于石油、化工等流程工業(yè)，將經(jīng)濟(jì)效益直接與多變量工業(yè)過程MPC系統(tǒng)的生 產(chǎn)設(shè)定值關(guān)聯(lián)，以化工過程的控制效果直接反映經(jīng)濟(jì)效益；2.將控制與輸出方差關(guān)系引入MPC關(guān)鍵變量設(shè)定值的求解，給出當(dāng)前工況下合理 的最優(yōu)MPC目標(biāo)設(shè)定值，避免目前經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值的盲目性；3.通過對生產(chǎn)過程擾動(dòng)的分析，給出在安全生產(chǎn)前提下的最優(yōu)退避值，并根據(jù)生 產(chǎn)的變化自適應(yīng)調(diào)整，避免人工設(shè)定的保守性，提高經(jīng)濟(jì)效益。
圖1是本發(fā)明采用的MPC優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)；圖2是通過本發(fā)明的步驟優(yōu)化設(shè)定值及退避值提高生產(chǎn)操作點(diǎn)的過程；圖3是國內(nèi)某石化企業(yè)延遲焦化系統(tǒng)主加熱爐空氣及煙氣流程圖；圖4是爐出口煙氣氧含量控制結(jié)構(gòu)；
6
圖5是控制與輸出方差關(guān)系的LQG基準(zhǔn)離散點(diǎn)集；圖6是由LQG基準(zhǔn)擬合的Pareto最優(yōu)曲面。
具體實(shí)施例方式下面針對國內(nèi)某石化企業(yè)延遲焦化生產(chǎn)系統(tǒng)對本發(fā)明具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步描 述?；み^程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法包括以下步驟1)根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)選取化工過程設(shè)備控制變量MV與輸出變量CV，采集其穩(wěn)定運(yùn)行 階段的代表性過程數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前工況點(diǎn)均值及方差；2)確定各個(gè)生產(chǎn)單元經(jīng)濟(jì)目標(biāo)θ (Yj)及性能指標(biāo)J 其中&為生產(chǎn)控制系統(tǒng)輸出，μ和σ分別為生產(chǎn)過程輸出的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差， 為在該經(jīng)濟(jì)目標(biāo)取值下的概率密度；3)根據(jù)化工過程設(shè)備控制單元控制變量MV與輸出變量CV確定穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束關(guān) 系(1)穩(wěn)態(tài)增益模型 (2)控制變量與輸出變量約束限Yj,mm +Ζα,/2σ, ^ygJ ^ maxUitimn + Zch noUj < Usi < Ui max -Zaj/2σ4)非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合；5)根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn) MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值；6)重復(fù)步驟1) 步驟5)，根據(jù)化工過程變化自動(dòng)更新化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng) 濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。所述的非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合步驟包括1)建立過程輸出方差VarY與控制方差VarU的加權(quán)LQG性能指標(biāo) 2)對于每一組特定加權(quán)矩陣Λ的值，做如下求解(1) SmXp多變量離散控制系統(tǒng)為Xt+1 = AXt+BUi+H α tYt = CXt+ α t其中系統(tǒng)噪聲α t為白噪聲，H為卡爾曼濾波增益矩陣；(2)求解最優(yōu)狀態(tài)反饋和控制律
7
其中L = (BTSB+R) (BTSA+NT)為狀態(tài)反饋增益矩陣，S由求解代數(shù)Riccati方程AtSA-S- (AtSB+N) (BtSB+R) (BtSA+Nt) +Q = O得到，Q = CtWC為二次型狀態(tài)加權(quán)矩陣，N為狀態(tài)與控制加權(quán)矩陣，通常取N = O;(3)得到對象模型的控制與輸出方差分別為 3)改變加權(quán)矩陣Λ的值，按照步驟1)求解該最優(yōu)性能指標(biāo)，獲取控制與輸出方差 關(guān)系的LQG基準(zhǔn)離散點(diǎn)集；4)擬合該離散點(diǎn)集，得到控制與輸出標(biāo)準(zhǔn)差關(guān)系的最優(yōu)Pareto曲面約束方程 所述的根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài)目標(biāo)，實(shí) 現(xiàn)MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值步驟包 括根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立如下上層穩(wěn)態(tài)目 標(biāo) 0Y≥0
0U≥0
其中，k.J為被控過程的穩(wěn)態(tài)增益，
定值，％和< 為穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)最優(yōu)下的MPC設(shè)定值，zMc^和；為相應(yīng)的最優(yōu)退避值， 實(shí)現(xiàn)MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。
實(shí)施例
1)根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)選取化工過程設(shè)備控制變量MV與輸出變量CV，采集其穩(wěn)定運(yùn)行 階段的代表性過程數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前工況點(diǎn)均值及方差加熱爐有4路空氣進(jìn)風(fēng)通道，以南1路和北1路進(jìn)風(fēng)擋板為操作變量MVl和MV2， 另外兩路進(jìn)風(fēng)量保持恒定，將爐出口氧含量作為被控變量CV。采集具有代表性的歷史數(shù)據(jù)， 計(jì)算當(dāng)前工況點(diǎn)的均值及方差。2)確定各個(gè)生產(chǎn)單元經(jīng)濟(jì)目標(biāo)及性能指標(biāo)加熱爐通過瓦斯氣燃燒提供熱量，工業(yè)過程中通常以熱效率η來衡量加熱爐參 與熱量交換的熱能利用程度，因此以熱效率最大作為優(yōu)化目標(biāo)，從而建立加熱爐熱效率n 與氧含量y的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 其中，取C1 = 8. 300 X IO^3jC2 = 3. 100X1(T2，c3 = 6. 270X 1(T2，c4 = 1. 350Χ1(Γ4， c5 = 1. 100為裝置經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，T = 300°C為爐出口溫度均值，β = 3為散熱百分?jǐn)?shù)估計(jì)值。 由此即可確立經(jīng)濟(jì)優(yōu)化目標(biāo)max J = n3)根據(jù)化工過程設(shè)備控制單元控制變量MV與輸出變量CV確定穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束關(guān) 系過程隨機(jī)擾動(dòng)為標(biāo)準(zhǔn)差為0. 4的白噪聲，以30秒為采樣周期，則系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程表 示為 (1)穩(wěn)態(tài)增益模型 其中，Iii為被控過程的穩(wěn)態(tài)增益，和分別為控制作用和過程輸出的當(dāng)前設(shè)定值。(2)控制變量與輸出變量約束限 分別表示控制變量和過程輸出設(shè)定值的標(biāo)準(zhǔn)差，Ui,ma!^nUi,min分別為控制作用的 上下限約束，yj,max和分別為輸出的上下限約束。4)非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合0140](1)建立過程輸出方差VarY與控制方差VarU的加權(quán)LQG性能指標(biāo)
0141]J(A) = ￡[r/fWt] + AElUlrRUJ
0142](2)對于每一組特定加權(quán)矩陣Λ的值，做如下求解
0143]a. SmXp多變量離散控制系統(tǒng)為
0144]
0145]
0146]
0147]
Xt+1 = AXt+BUt+H α
Yt = CXt+Cit
其中系統(tǒng)噪聲α t為白噪聲，H為卡爾曼濾波增益矩陣。 b.求解最優(yōu)狀態(tài)反饋和控制律
0148]Xm ={A-HC-BL)Xt + HYt
0149]Ut = -LXt
0150]其中
0151]L= (BTSB+R) (BTSA+NT)
0152]為狀態(tài)反饋增益矩陣，S由求解代數(shù)Riccati方程
0153]ATSA-S- (ATSB+N) (BTSB+R) (BTSA+Nt) +Q = O
0154]得到，Q = CtWC為二次型狀態(tài)加權(quán)矩陣，N為狀態(tài)與控制加權(quán)矩
0155]陣，通常取N = 0。
0156]c.得到對象模型的控制與輸出方差分別為
0
0157] Var(Ut) =
Var{X,)
0158]
0159]
Far(X) = [C War{Xt)
-Lr CT
+ Var{at)
0
(3)改變加權(quán)矩陣Λ的值，按照步驟(1)求解該最優(yōu)性能指標(biāo)，獲取控制與輸出方 差關(guān)系的LQG基準(zhǔn)離散點(diǎn)集，如圖5所示。
0160](4)擬合該離散點(diǎn)集，如圖6所示，得到控制與輸出標(biāo)準(zhǔn)差關(guān)系的最優(yōu)Pareto曲面 約束方程
0161]Var (y) = 1. 614X ICT1-L 958 X 1(Γ4 · Var (U1) 1/2_8· 025 X 1(Γ5 · Var (U2)1/2
0162]5)根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn) MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值
0163]max J = η
0164]
0165]
0166]
0167]
0168] 0169]
=100-
21-^/ r ^ 1 21-/ 2
-β
s. t. / - /。= kx (w； - ) + k2 {us2 - Us20)
ymin+2 σ ν ^ ys ^ ymax-2 y
u. +3cr < u" < wmav - 3σ
min1max,
M ; + 3cr <u" < u_ . - 3cr
mm
·' i -2 σ2 =I^MxlO1-1.958x1ο-4 ·σ -8.025χ10"5 ·σ
y ι 2
對于此加熱爐出口煙氣氧含量控制回路，可解出氧含量最優(yōu)設(shè)定值為 y:pt =丄838%。此時(shí)風(fēng)門擋板控制輸入分別為< =28.554%，< = 36.203%，最優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)
差為 σ y = 0. 419%，συι =1.521%，aUi = 2.080%。6)重復(fù)步驟1) 步驟5)，根據(jù)化工過程變化自動(dòng)更新化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng) 濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。7)對比過程歷史數(shù)據(jù)，評估MPC控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能預(yù)計(jì)提升空間和實(shí)際提升效 果，給出經(jīng)濟(jì)效益分析報(bào)告。當(dāng)前手動(dòng)控制工況下氧含量均值為5.020% ；經(jīng)驗(yàn)MPC控制器氧含量均值為 4. 373% ；按照本發(fā)明的方法，氧含量均值為3. 815%。由上述分析可知，較當(dāng)前手動(dòng)工況點(diǎn) 相比，采用MPC控制器以及評估優(yōu)化進(jìn)一步減小退避值后，氧含量分別降低了 12. 890%和 24.000%。計(jì)算三種控制方案下加熱爐熱效率，分別為nPID = 82. 983%, nMPC = 83. 447% 和n0PT = 83. 819%，即較當(dāng)前手動(dòng)控制相比，熱效率分別提高了 0.560%和1.010%，從而 按照本發(fā)明的方法對系統(tǒng)做經(jīng)濟(jì)性能評估和優(yōu)化后可以更大限度的節(jié)約燃料量，降低生產(chǎn) 成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
一種化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法，其特征在于包括以下步驟1)根據(jù)生產(chǎn)指標(biāo)選取化工過程設(shè)備控制變量MV與輸出變量CV，采集其穩(wěn)定運(yùn)行階段的代表性過程數(shù)據(jù)，計(jì)算當(dāng)前工況點(diǎn)均值及方差；2)確定各個(gè)生產(chǎn)單元經(jīng)濟(jì)目標(biāo)θ(yj)及性能指標(biāo)J <mrow><mi>J</mi><mo>=</mo><mi>E</mi><mo>[</mo><mi>θ</mi><mo>]</mo><mo>=</mo><msub> <mo>∫</mo> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub></msub><mi>θ</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>μ</mi> <mo>,</mo> <mi>σ</mi> <mo>)</mo></mrow><msub> <mi>dy</mi> <mi>j</mi></msub> </mrow>其中yj為生產(chǎn)控制系統(tǒng)輸出，μ和σ分別為生產(chǎn)過程輸出的數(shù)學(xué)期望和標(biāo)準(zhǔn)差， <mrow><mi>f</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>,</mo> <mi>μ</mi> <mo>,</mo> <mi>σ</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><msqrt> <mn>2</mn> <mi>π</mi></msqrt><mi>σ</mi> </mrow></mfrac><mo>·</mo><mi>exp</mi><mo>{</mo><mo>-</mo><mfrac> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub> <mo>-</mo> <mi>μ</mi> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mrow><mn>2</mn><msup> <mi>σ</mi> <mn>2</mn></msup> </mrow></mfrac><mo>}</mo> </mrow>為在該經(jīng)濟(jì)目標(biāo)取值下的概率密度；3)根據(jù)化工過程設(shè)備控制單元控制變量MV與輸出變量CV確定穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束關(guān)系(1)穩(wěn)態(tài)增益模型 <mrow><mi>Δ</mi><msubsup> <mi>y</mi> <mi>j</mi> <mi>s</mi></msubsup><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>m</mi></munderover><msub> <mi>k</mi> <mi>ij</mi></msub><mi>Δ</mi><msubsup> <mi>u</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi></msubsup> </mrow>(2)控制變量與輸出變量約束限 <mrow><msub> <mi>Y</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>min</mi> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>z</mi> <mrow><msub> <mi>α</mi> <mi>j</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>σ</mi> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub></msub><mo>≤</mo><msubsup> <mi>y</mi> <mi>j</mi> <mi>s</mi></msubsup><mo>≤</mo><msub> <mi>Y</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>,</mo><mi>max</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>z</mi> <mrow><msub> <mi>α</mi> <mi>j</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>σ</mi> <msub><mi>y</mi><mi>j</mi> </msub></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>U</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>min</mi> </mrow></msub><mo>+</mo><msub> <mi>z</mi> <mrow><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>σ</mi> <msub><mi>u</mi><mi>i</mi> </msub></msub><mo>≤</mo><msubsup> <mi>u</mi> <mi>i</mi> <mi>s</mi></msubsup><mo>≤</mo><msub> <mi>U</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>,</mo><mi>max</mi> </mrow></msub><mo>-</mo><msub> <mi>z</mi> <mrow><msub> <mi>α</mi> <mi>i</mi></msub><mo>/</mo><mn>2</mn> </mrow></msub><msub> <mi>σ</mi> <msub><mi>u</mi><mi>i</mi> </msub></msub> </mrow>4)非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合；5)根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值；6)重復(fù)步驟1)～步驟5)，根據(jù)化工過程變化自動(dòng)更新化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。
2.如權(quán)利要求1所述的一種流程工業(yè)預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇 方法，其特征在于所述的非線性LQG最優(yōu)基準(zhǔn)求解與Pareto最優(yōu)曲面方程擬合步驟包括1)建立過程輸出方差VarY與控制方差VarU的加權(quán)LQG性能指標(biāo) 2)對于每一組特定加權(quán)矩陣Λ的值，做如下求解(1)SmXp多變量離散控制系統(tǒng)為其中系統(tǒng)噪聲a t為白噪聲，H為卡爾曼濾波增益矩陣；(2)求解最優(yōu)狀態(tài)反饋和控制律 其中 為狀態(tài)反饋增益矩陣，S由求解代數(shù)Riccati方程 AtSA-S- (AtSB+N) (BtSB+R) ―1 (BTSA+NT) +Q = O得到，Q = CTWC為二次型狀態(tài)加權(quán)矩陣，N為狀態(tài)與控制加權(quán)矩陣，通常取N = O;(3)得到對象模型的控制與輸出方差分別為 3)改變加權(quán)矩陣Λ的值，按照步驟1)求解該最優(yōu)性能指標(biāo)，獲取控制與輸出方差關(guān)系 的LQG基準(zhǔn)離散點(diǎn)集；4)擬合該離散點(diǎn)集，得到控制與輸出標(biāo)準(zhǔn)差關(guān)系的最優(yōu)Pareto曲面約束方程σ Y = f ( σ U) °
3.如權(quán)利要求1所述的一種流程工業(yè)預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇 方法，其特征在于所述的根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立穩(wěn)態(tài) 目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避 值步驟包括根據(jù)化工過程預(yù)測控制變量MV與輸出變量CV及其方差，建立如下穩(wěn)態(tài)目標(biāo) σ Y = f ( σ υ)σ Y≥0σ U≥0其中，k.j為被控過程的穩(wěn)態(tài)增益，和Jf分別為控制作用和過程輸出的當(dāng)前設(shè)定值， 為穩(wěn)態(tài)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)最優(yōu)下的MPC設(shè)定值，和為相應(yīng)的最優(yōu)退避值，實(shí)現(xiàn) MPC協(xié)調(diào)控制，得到化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的最優(yōu)設(shè)定值和最優(yōu)退避值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化工過程預(yù)測控制系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)目標(biāo)優(yōu)化自適應(yīng)退避的選擇方法。該方法包括確定企業(yè)生產(chǎn)單元經(jīng)濟(jì)目標(biāo)，建立控制單元變量穩(wěn)態(tài)優(yōu)化約束關(guān)系，確定生產(chǎn)變量操作限制，求取控制與輸出關(guān)系的LQG性能指標(biāo)，調(diào)節(jié)權(quán)重構(gòu)建控制與輸出方差關(guān)系的離散點(diǎn)集，擬合非線性方差調(diào)節(jié)基準(zhǔn)，求解優(yōu)化命題確定控制與輸出最優(yōu)設(shè)定值及最優(yōu)退避值，根據(jù)生產(chǎn)變化自動(dòng)更新預(yù)測控制器設(shè)置。通過本發(fā)明的方法，可以避免企業(yè)生產(chǎn)裝置預(yù)測控制目標(biāo)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定值的盲目性，手動(dòng)退避值設(shè)定的保守性，以及目前MVC基準(zhǔn)理論方法對于實(shí)際生產(chǎn)過程的不完善和不可行性，成為化工過程切實(shí)可投運(yùn)的自適應(yīng)優(yōu)化與退避策略，提高生產(chǎn)產(chǎn)量，節(jié)能減排，更大限度的提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號G05B13/04GK101900992SQ20101022868
公開日2010年12月1日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者劉詟, 古勇, 蘇宏業(yè), 謝磊 申請人:浙江大學(xué)