基于系統(tǒng)輸入-輸出數(shù)據(jù)的預(yù)測控制器性能監(jiān)控.pdf

1、當前,控制理論的研究不斷取得新的研究成果,在應(yīng)用控制理論研究成果獲得經(jīng)濟效益的同時,人們也不斷認識到,雖然控制器在設(shè)計時候都是按照一定性能要求設(shè)計的,但是在控制回路實際運行過程中這些性能并不能夠完全達到,甚至有很大的差距;即使這些性能要求在控制器的運行初期能夠滿足,如果有沒有定期的維護,控制回路的性能常常會隨著時間的推移而退化.預(yù)測控制是過程控制領(lǐng)域廣泛使用的控制算法,特別是石化、煉油行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛,要保證這些生產(chǎn)過程安全、高效、優(yōu)

2、質(zhì)、低耗的運行,在預(yù)測控制回路日常運行中就需要對其性能進行監(jiān)控和評估. 本文主要研究預(yù)測控制的性能監(jiān)控和評估問題,預(yù)測控制性能評估首先要確定系統(tǒng)的控制能力,在此基礎(chǔ)上定義一個性能基準,然后評估控制系統(tǒng)性能同性能基準的差距,得出系統(tǒng)性能進一步改進的可能性及程度,并利用統(tǒng)計量發(fā)現(xiàn)控制回路中性能的變化;針對干擾抑制的預(yù)測控制在應(yīng)用中遇到的一些問題,本文在以下幾個方面進行了研究: ■化工過程中有一些被控過程存在慢時變性,對于這類被控過程

3、,基于子空間辨識提出了預(yù)測控制性能評估的可達性基準.使用此基準提出兩個性能指標和可達性曲線來評估回路性能進一步改進的程度.根據(jù)評估指標能夠采取兩種措施來提高系統(tǒng)的性能,一種措施是采用新辨識模型,另一種措施是調(diào)整現(xiàn)有控制器的主要參數(shù).預(yù)測控制的特點是它能夠處理約束,具有約束的預(yù)測控制性能評估問題非常復雜,本文提出了分兩步進行約束預(yù)測控制評估的方法.首先采用已有控制器基準對約束的作用進行預(yù)估計,如果控制回路中的約束是非主動的,具有約束的預(yù)測

4、控制回路性能評估就能夠直接應(yīng)用無約束的可達性基準;如果約束是主動的,可達性基準可以通過閉環(huán)系統(tǒng)仿真得到. ■一些系統(tǒng)的被控過程存在著可測干擾,針對這類過程首先研究了具有可測干擾過程的閉環(huán)子空間辨識算法,將預(yù)測控制可達性基準推廣到了具有可測擾動的控制回路,得出了預(yù)測控制前饋.反饋可達性基準.它可以作為有可測干擾的預(yù)測控制回路性能評估基準,并和反饋可達性基準聯(lián)合使用對控制回路的性能做出評估,得出前饋的加入對系統(tǒng)性能的影響程度.性能評

5、估可采用比值形式的指標或者可達性曲線,此外,控制器參數(shù)也可以根據(jù)可達性曲線進行調(diào)整. ■對具有時變干擾的預(yù)測控制回路,提出采用T)1)e.C基準對回路的性能進行評估.在假定過程受到分段定常干擾作用的情況下,將干擾劃分為成不同的區(qū)間段.選擇一種干擾作為主要的暫態(tài)干擾,系統(tǒng)性能評估基準是使系統(tǒng)的輸出對所有干擾具有一定最優(yōu)性能:即對暫態(tài)干擾的響應(yīng)滿足一定時域指標的同時對系統(tǒng)中其余干擾響應(yīng)的方差能夠最小.這里利用隨機予空間辨識得到系統(tǒng)的

6、閉環(huán)模型,然后求解性能基準,對不同干擾作用下的回路性能做出評估.這種評估方法的主要優(yōu)點是不需要被控過程的詳細數(shù)學模型而僅需要知道過程的時間滯后. ■對預(yù)測控制所能達到目標函數(shù)性能進行了分析,提出了用歷史目標函數(shù)對預(yù)測控制性能進行監(jiān)控的方法;對預(yù)測控制系統(tǒng)處于良好運行狀態(tài)下的歷史目標函數(shù)進行統(tǒng)計,作為監(jiān)控預(yù)測控制器的歷史性能基準;給出了對回路性能進行監(jiān)控的統(tǒng)計過程控制方法.對于過程工況變化引起的系統(tǒng)性能下降,在性能監(jiān)控的基礎(chǔ)上可以