帶有模型預(yù)測控制器的工業(yè)過程建模質(zhì)量監(jiān)控.pdf

1、模型預(yù)測控制(MPC)自20世紀(jì)70年代末被提出以來，因其具有模型預(yù)測、滾動優(yōu)化、反饋校正等三大環(huán)節(jié)，適用于時(shí)滯，約束，耦合，多變量等復(fù)雜過程，在石油，化工，電力，航空航天，冶金等工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。MPC控制器具有建模簡單、動態(tài)控制效果好、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，通常在投產(chǎn)初期具有良好的控制性能，然而，隨著時(shí)間的推移，由于受到閥門粘滯、感知器偏差、噪聲干擾、模型失配等因素的影響，MPC控制器性能會逐漸下降。因此，對MPC控制器的性能進(jìn)行

2、實(shí)時(shí)評估和監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)其性能下降并進(jìn)行報(bào)警，進(jìn)而診斷性能惡化根源，對保證生產(chǎn)過程的安全、優(yōu)質(zhì)、高效、低耗運(yùn)行具有很重要的實(shí)際意義。
　　模型質(zhì)量是影響基于模型的控制器性能指標(biāo)的決定性因素之一。工業(yè)過程中往往存在帶有漂移的干擾，給模型質(zhì)量評估帶來困難。本文針對帶有漂移干擾的工業(yè)工程，采用一階求和滑動平均(IMA(1,1))時(shí)間序列模型來描述過程干擾噪聲，并提出一種基于系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)的模型質(zhì)量評估方法。該方法首先根據(jù)控制系統(tǒng)中擾動

3、的反饋不變性原理，利用常規(guī)閉環(huán)回路數(shù)據(jù)估計(jì)擾動更新，并以所預(yù)估模型擾動更新與模型實(shí)際殘差的二次型之比作為衡量過程模型質(zhì)量的指標(biāo)。采用QR分解來解決由于閉環(huán)數(shù)據(jù)高度相關(guān)，導(dǎo)致所估計(jì)的擾動存在較大偏差的問題。針對Wood-Berry二元精餾塔仿真實(shí)例，根據(jù)過程模型和干擾模型失配以及控制器參數(shù)等情況分別進(jìn)行三組仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述方法的有效性。并面向田納西-伊斯曼工業(yè)過程，設(shè)計(jì)了三種不同的MPC控制器，分別進(jìn)行三組仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述方法的有效性

4、。
　　現(xiàn)有的模型質(zhì)量監(jiān)控方法致力于總體模型質(zhì)量的監(jiān)控，并沒有區(qū)分過程模型和干擾模型的匹配。本文針對這個(gè)問題，提出了一種新的基于系統(tǒng)輸入輸出數(shù)據(jù)的過程模型質(zhì)量評估方法。該方法首先根據(jù)控制系統(tǒng)中擾動的反饋不變性原理，利用外部激勵和常規(guī)閉環(huán)回路數(shù)據(jù)估計(jì)擾動更新，并以所預(yù)估模型擾動更新與模型實(shí)際殘差的二次型之比作為衡量過程模型質(zhì)量監(jiān)測的指標(biāo)。該指標(biāo)與整體模型質(zhì)量指標(biāo)一起，可將過程模型失配和干擾模型失配檢測分離開來。針對Wood-Berr