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

1、當(dāng)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(jì)效益的同時(shí),人們也不斷認(rèn)識(shí)到,雖然控制器在設(shè)計(jì)時(shí)候都是按照一定性能要求設(shè)計(jì)的,但是在控制回路實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中這些性能并不能夠完全達(dá)到,甚至有很大的差距;即使這些性能要求在控制器的運(yùn)行初期能夠滿足,如果有沒(méi)有定期的維護(hù),控制回路的性能常常會(huì)隨著時(shí)間的推移而退化.預(yù)測(cè)控制是過(guò)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(guò)程安全、高效、優(yōu)

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

3、,基于子空間辨識(shí)提出了預(yù)測(cè)控制性能評(píng)估的可達(dá)性基準(zhǔn).使用此基準(zhǔn)提出兩個(gè)性能指標(biāo)和可達(dá)性曲線來(lái)評(píng)估回路性能進(jìn)一步改進(jìn)的程度.根據(jù)評(píng)估指標(biāo)能夠采取兩種措施來(lái)提高系統(tǒng)的性能,一種措施是采用新辨識(shí)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(cè)控制的特點(diǎn)是它能夠處理約束,具有約束的預(yù)測(cè)控制性能評(píng)估問(wèn)題非常復(fù)雜,本文提出了分兩步進(jìn)行約束預(yù)測(cè)控制評(píng)估的方法.首先采用已有控制器基準(zhǔn)對(duì)約束的作用進(jìn)行預(yù)估計(jì),如果控制回路中的約束是非主動(dòng)的,具有約束的預(yù)測(cè)

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

5、估可采用比值形式的指標(biāo)或者可達(dá)性曲線,此外,控制器參數(shù)也可以根據(jù)可達(dá)性曲線進(jìn)行調(diào)整. ■對(duì)具有時(shí)變干擾的預(yù)測(cè)控制回路,提出采用T)1)e.C基準(zhǔn)對(duì)回路的性能進(jìn)行評(píng)估.在假定過(guò)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(píng)估基準(zhǔn)是使系統(tǒng)的輸出對(duì)所有干擾具有一定最優(yōu)性能:即對(duì)暫態(tài)干擾的響應(yīng)滿足一定時(shí)域指標(biāo)的同時(shí)對(duì)系統(tǒng)中其余干擾響應(yīng)的方差能夠最小.這里利用隨機(jī)予空間辨識(shí)得到系統(tǒng)的

6、閉環(huán)模型,然后求解性能基準(zhǔn),對(duì)不同干擾作用下的回路性能做出評(píng)估.這種評(píng)估方法的主要優(yōu)點(diǎn)是不需要被控過(guò)程的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型而僅需要知道過(guò)程的時(shí)間滯后. ■對(duì)預(yù)測(cè)控制所能達(dá)到目標(biāo)函數(shù)性能進(jìn)行了分析,提出了用歷史目標(biāo)函數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)控制性能進(jìn)行監(jiān)控的方法;對(duì)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)處于良好運(yùn)行狀態(tài)下的歷史目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),作為監(jiān)控預(yù)測(cè)控制器的歷史性能基準(zhǔn);給出了對(duì)回路性能進(jìn)行監(jiān)控的統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制方法.對(duì)于過(guò)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