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先进控制技术在工业控制中的应用

更新时间：2020-01-01 20:16:20 大小：456K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：工业控制 PID 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

通过较为先进的控制方案可以对实际复杂的工业生产过程实现自动控制,可以明显提升工业生产过程控制以及操作的稳定性.通过对关键变量的调整,改善生产过程中的动态性能,并以此优化控制目标值,可以达到加强工业生产过程控制的稳定性以及安全性的目的,有效保证工业产品质量分布的均匀性以及一致性.提出了先进控制技术的基本特征,分析了各种控制技术的应用方案,并对先进控制技术在工业控制中应用发展趋势做了预测分析.

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理复杂过程的控制问题，如多变量、强耦

合、大时滞等生产过程的控制等。3、先进

控制是建立在常规单回路控制之上的动

态协调约束控制．可使控制系统适应实际

工业生产过程动态特性和操作要求。4、先

进控制的实现需要足够的计算能力作为

支持平台。由于先进控制算法较复杂，它

的实现必须有计算机作支持。

先进控制技术在工业控制中的应用

口傅篱

(邵阳学院信息工程系，湖南邵阳422001)

目前国内以石油化t行业为代表的

各大企业纷纷启用先进控制技术。凭借改

善过程动态控制的性能、减少过程变量的

波动幅度、使生产装置在接近其约束边界

的条件下运行(卡边操作)等优势，先进控

制技术在石油化工行业获得广泛应用．大

量工业装置在已有DCS的基础上配备了

先进控制系统。大规模的模型预估控制和

用于优化的非线性预估控制技术得到极

大完善。

摘要：现代复杂的工业生产过程，通过实施先进控科，可以大大提高工业生产过

程操作和控制的稳定性，改善．r-／k生产过程的动态性能，减少关键变量的运行波动幅度．

使其更接近于优化目标值．从而将工业生产过程推向曼接近装王约束边界蒂件下运行，最

终迭到增强工业生产过程的稳定性和安全性，保证产品质量的均-q性，提高目标产品的收

率，提高生产装王的处理能力．降低童产过程遮行成本以及减少环境污箍等目的．

关键词：工业控制APC稳定性

Process

近年来．世界E许多著名科研机构和

公司也致力于APC的研究开发和应用。

许多基于多变量模型预估控制技术的

APC已经工程化并得到广泛应用。催化裂

化装置实施APC的效益是最高的，其次

还有加氢裂化装置、常减压装置和油品调

和。其中催化裂化装置采用APC的套数

晟多，效益最好。

所谓先进控制技术似dvanced

些关系到产品质量的关键变量，由于质量

仪表的缺乏或不可靠，无法获得实时的可

靠在线信息，因此可采用神经网络模型和

动态数学模型来推断估计。

Control，APc)，是对那些小同j二常规单回

路控制，并比常规PID控制有更好控制效

果的控制策略的统称。先进控制包括自适

应控制、预测控制、模糊控制等。其设计思

想是以多变量预估为核心，采用过程模型

预测未来时刻的输出，用对象的实际输出

与模型预测输出的差值修正过程模型．从

而把若干个要控制的变量控制在一个希望

的工控点上．把装置整体推向晟佳状态。

先进控制方法大多数都要求有相应

的数学模型．而建立相应的可用的数学模

型却并不容易。从控制工程和实际应用的

角度来看，研究出一类兼有现代控制理论

与经典PID的优点，不依赖被控对象的数

学模型，保证系统闭环稳定性．控制效果良

好．算法简单的新型控制理论和算法，是当

前自动控制理论研究的一个重要课题。

T先进控制技术的主要内容

2多变量动态过程模型辨识技术

获取对象的动态数学模型是实施先

进控制的基础。对于复杂工业过程，需要

强有力的』=具便是软件，以便在删除一些

过失虚假数据的基础上，把分段数据有机

的组合起来，最终将实际工业生产环境F

获得的现场装置实验数据，变为多输入多

目前先进控制技术不但在理论上不断

推出新的成果，而且在实际生产应用中也取

得了令人瞩目的成绩。现在国内外已有很多

优秀的先控产品供我们选择：如Honeywell

输出(MIMO)动态数学模型。实际工业过

程模型化是一项专门的技术．它涉及过程

高技术执行部的PC(ProfitController)1

ABB代理的STAR；横河代理的SMOC；

FOXBORO的Conno诂scur‘ASPEN的

动态学、系统辨识、统计学以及人工智能

等多种知识。

DMC、浙江中控的APC--AdeOl3；洛阳石

化工程公司开发的反应热先控技术以及

石油大学的机理建模技术都各具特色，归

结起来建模原理都大同小异，基本卜分为

机理建模和采用系统辨识理论测试建模

两种，并且在实践应用中都取得了良好的

经济效果。

3先进控制策略

先进控制采用了合理的控制目标和

控制结构，町更好的适应T业生产过程的

需耍。先进控制首先要解决个别重要过程

变量控制性能的改善，主要采用单变量模

型预测控制与原控制问路构成所谓“透明

控制”的方式；其次要解决约束多变量过

程的协调控制问题，土要采用带协调层的

多变量预测控制策略：虽后解决推断质量

控制，利用软测量的结果实现闭环的质量

卡边控制。涉及到的主要控制策略有模型

预测控制、自适应控制、推断控制，正在兴

起与开发中的彳{模糊控制、神经控制、非

线性控制和鲁棒控制。

作为个整体，先进控制系统应包括

从数据采集、数学模型建立、先进控制策

略到工程实施的仝部内容。

1数据的采集．处理和软测量技术

3先进控制技术的问题与发展方向

尽管先进控制系统效益明显．但陶内

企业先进控制建设和应用情况与国外始

终存在差距。系统开发企业在开发应用过

程中能够保证系统_IE常运行，但同时．先

进控制系统的维护者是用户企业的信息

技术人员，他们既要熟悉先进控制技术本

身，同时要掌握计算机控制系统以及工艺

过程等技术。凼此，用户企业自身由f缺

乏足够的技术力量，先进控制系统的长期

维护问题日益明显。

利用人量的实删信息是先进控制的

优势所在。由1‘米自工业生产现场的过程

信息通常带有噪声，数据采集时应作滤波

处理，采集到的数据还成进行过火误差的

枪测与识别和过程数据的有效性检验及

数据调理工作。这是先进控制应用的重要

保障。基于可测信息和模型，实时计算不

可测量的变量，也即软测量技术，是先进

控制中不可缺少的内容，例如。汽油饱和

蒸汽压，粗汽油干点、轻柴油倾点、催化裂

化中的反应热、1ff生器的烧焦状况等，这

2先进控制的特点及应用

先进控制的主要特点是：1、与经典控

制，如传统的PID策略不同，先进控制是

一种基r模型的控制策略，如模型预测控

制和推断控制等。2、先进控制通常用于处

几年来的实践证明了在我国，先进控

。管理观察2011年8月中旬刊

万方数据

制方法的推广T柞不是。帆风顺的．而足

遇到了不少困难和问题。我国石油化工行

业．在大量的DCS投用的基础上，先后从

田外公司引进了一批先进控制软件。但是

这些先进控制系统夫投用初期为各企业

创造了较好的经济效益，后期系统运行效

果逐渐变差，有的几乎不能投用运行，发

生这种情况的原因有很多．忸最{：要的是

m于现仃先进挖制技术本身的不足所造

成的原因是使川不方便。维护困难．『『『『且

现有的先进控制还小能全部解决基奉控

制环节的闭环稳定挎制问题。

浅谈公路桥梁的养护与管理

口姜翠英

(内蒙古通辽市公路管理处，内蒙古通辽028000)

摘要：当前，我国公路建设发展迅速，随着公路通车里程迅速增多，桥梁数量也随

之增加。公路运输车辆大型化，重型化发展的趋势，给道路特别是桥梁等道路构造物造

成严重损害。对这些蹙损的桥梁进行必要的养护与管理，使其能够适应通行需求，是当

前公路桥粱工程重要的构成部分．本文分析了我国公路桥梁养护与管理中存在的问题，

提出7应采取的措施．

以自适应控制为例，R酊理论匕比较

完善的自适应控制方法基本上足参数自

适应的，而且在实践中仪能应用丁线性被

控对象。但在石化生产过程被挖对象变化

{F往是结构性的。时这类系统，模型预测

控制也不|山能收到好的效果。对丁自适

应控制，有的现场的控制工程师说，“能用

自适应控制方法实现稳定控制的环节，用

PID也基本I’可以实现稳定控制．反之川

PID不能实现稳定控制的环节，川臼适应

控制方法也基奉卜不能实现稳定控制”。

对白适应控制的这一来自十现场实践的

评价我们应当重视。

关键词：公路桥梁

养护与管理

问题与措施

随着圜民经济的快速发展，公路运输

的发展更可谓突飞猛进，我围幅员辽阔，

经济发展水平参差不齐，经济上总体水甲

不高，公路桥梁发展上要若H硅』：钴人、面

广的傲人、中桥，这类桥粱仍以预应力

混凝f结构为}：。大批始建十60、70年代

的公路桥梁，在口趋增大的车辆荷载的作

JfJ F，技术状况快速下降，很快由一、．类

发展为三、pq类甚卒五类桥粱，对人民群

众的牛命财产安全构成了威胁，桥梁垮塌

事件也时仃发生。可见，保障公路桥梁完

好畅通．进步加强桥梁的养护姚范化管

理水平已成为迫切需要。

地降低了桥梁lE常的使州期限，再类病害

开始或逐渐暴露来，‘、四类桥梁迅速发

展成为5类危桥。其对桥梁隐件的坝坏，比

起对公路控件．|15i坏，造成的后果哩为严重。

2、公路桥桨设¨ 小合理，运输乐载能

q：代或60、70

儿低。_立Ⅱ分建设丁60、70

年代I{i水利部I、J修建的桥梁枉道路升级

过程中成为幽省下线桥粱，这些桥梁建设

标准很低。由丁Yl级蹄线历史欠帐较多，

改建周期长，这部分桥梁已成为桥繁莽

护的瓶颈，也成为桥棠安全的重大隐心。

3、公路桥梁专业养护管理人彳陵乏。

目前在工业过程现场．基奉被控环竹

的控制即基础控制所用的控制手段(方法J

甘分之几卜以卜足PID控制。半个世纪的

实践证明PID控制器是一个很好的控制

器，它在系统控制中功劳卓著。对傲的

线性环节的控制，PID拄制器使用方便．

鲁棒性强．效粜良好。

桥梁是种专qk件、技术性较复杂的建筑

物，由于¨ 前公路养护管理单位在桥粱养

t7"疗丽大多缺乏鲁门们技术人啦和技术上

人，特别足基联养护竹化．即使有附带管一

F的人监，其桥梁养如’I管砰方向的知识、专

业技术也足比较缺乏的：¨ 一方向，近儿年

来各地n· 桥粱管理方面所取得的经验表

明，}扫』’没有微好地进行总结交流，凼此

妨碍了桥梁养护’o箭_耻水甲的提-岛。

一、当前我国公路桥梁养护工作面临

的问题

但随着科学技术的发展，生产装置愈

来愈大型化、复杂化，而且技术水平越来

越高。在牛产过程中出现了非线性、时变、

大时滞、强耦合等环节，而且大的干扰还

经常发唪。实践证明，对付这样的被控对

象，PID调节器就显得无能为力了。

I，道蹄交通倚载逐年增长问题。公路

年平均同变通量剧增，加快了轿粱老化的

步伐．干线以J：变通龉平均汽车绝对数增

长5％．有的路线甚趸高选8％。超重牟、集

装箱牟、人吨位车的现加重了桥梁的负

荷，致使许多公路、桥粱刚刚投入使用小

久，就fi{现蹄面损坏、桥面板断裂等现象，

加速了桥粱的损坏。特别足原设计荷载标

准采削的低杯准设计的桥梁难以适应重载

车辆几益增多的需要，造成桥梁承受不起

口益增长的负荷而致病害发展过快．极大

可见，研究}1j’类兼有现代拄制理论

与经典PID的优点，不依赖被控对象的数

学模型，保证系统闭研：稳定性，控制效果

良好，算法简单的新型控制理论和算法．

是当前自动控制理论研究的一个重要课

题。从控制I：程和实际应用的角度来看．

新的拧制方法必须满足一系列要求，即它

必须有一系列的控制功能。这些功能包

挢：抗干扰功能、自适应功能、快速收敛功

能、强制稳定功能、解耦功能克服大时滞

功能等等。◆

4、重建设轻管理的现象比较突出。由

寸二受传统养护列念的影响，并级养护部门

特别是线养护郝门对于桥梁养护还没

引起足够重视，不能做剑抓早抓小，防微

杜渐，诸如引道路向o，桥衔接处小够平

J】机电工程，2004

4】俞金寿复杂工业过程中的先进控制系统

参考文献：

j)．炼油化工自动化．1 994，(2

【1 J金以慧主编过程控制【州北京：清华大学

出版社．2000

作者简介：

【2】陶承华主编新型PID控制及其应用【枷

北京：机械工业出版社2002

基金项目：邵阳市科技局2010年科研资

助项目rJl016)c

博蓠(I

0一)，男，汉族，湖南湘乡人，丰

科，学士．研究最级高级工程师

【3】刘曙光，王志宏等模糊控制的发展与展望

万方数据

www．guanllguancha．COm管理观察总第442期

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