[發明專利]一種工業過程的控制方法和設備

有效

• 申請號: 201210084632.1
• 申請日: 2012-03-28
• 公開（公告）號: CN103365206A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 甘中學;李金來;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 新奧科技發展有限公司
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術領域

本發明涉及工業過程控制領域，尤其涉及一種工業過程的控制方法和設備。

背景技術

工業過程中使用的過程控制系統，通常具有多個輸入變量以及隨這些輸入變量的改變而變化的多個輸出變量。這些多個輸入變量通常是執行工業過程的工業設備的可控變量，而多個輸出變量可以是工業過程的運行結果有關的變量。

工業過程的控制方法具有分層遞階結構，上層為穩態優化，下層為動態控制。由于實際的工業過程都是動態的，因此系統的狀態也是不斷變換的。工業過程的穩態是指當時間趨于無窮時系統所體現出的穩定狀態。上層穩態優化是在一定的系統性能和給定的約束條件下，獲得當系統為穩定狀態時，使生產過程性能更優的系統穩態操作點。穩態操作點可以由輸入變量的穩態值或輸入變量的穩態值與輸出變量的穩態值的組合來表示。進而，可以將獲得的穩態操作點中的輸入變量設置為可控變量，實施工業過程下層的動態控制。

為獲得系統的穩態操作點，工業過程的穩態優化方法可以使用反映生產過程經濟性能目標函數來實現。這些經濟性能可以是生產過程所產生的經濟效益或者所消耗的成本等。面向經濟性能的穩態優化意在獲得當經濟性能最優時的穩態操作點，進而使用該穩態操作點的輸入變量值和輸出變量值進行過程控制，以實現更好的經濟性能目標。

在一些工業過程中包含一種積分過程。積分過程具有多個輸入變量以及多個輸出變量。輸出變量對輸入變量的階躍變化呈現斜坡增長趨勢，即輸出變量對輸入變量的變化量具有積分效果，因此積分過程中的這些輸出變量稱為積分輸出變量。積分輸出變量本質上反映了工業過程對物質或能量的累積作用，只要輸入變量的增量不為零，則輸出變量就將發生改變。舉例來說，例如，儲罐液位的變化過程就是一個典型的積分過程，儲罐的進口和出口流量是該過程的輸入變量，儲罐的液位是該過程的積分輸出變量。如果進口和出口流量不相等，液位將持續上升或下降。

積分過程具有的這種性質易使系統出現不穩定的狀態，甚至導致生產過程中發生事故。因此，對于多變量積分過程，需要找到其相對穩定的系統狀態的平衡點進行工業過程的控制，使得影響積分輸出變量的各輸入變量相對于穩態工作點的變化之和為零，以保證系統的穩定。

一種針對積分過程的控制方法是在選定目標函數后，將積分過程需要考慮的是系統穩定的條件轉換為積分過程穩態優化約束條件，在進行優化計算時，將積分過程穩態優化約束條件與其他約束條件一起進行優化計算，以獲得滿足條件的穩態操作點。在此基礎上用穩態操作點設置可控變量實施工業過程的控制。

例如，一種目標函數可以為：

minΔU∞(k)J=CTΔU∞(k)---(1)]]>

其中，下標∞表示穩態過程，C^T＝[c₁?c₂?…?c_m]為穩態輸入變量的權值的集合，m為穩態輸入變量的個數。表示下一時刻穩態輸入變量與當前時刻穩態輸入變量之差的集合。基于目標函數進行穩態優化是計算體現經濟性能的目標函數在滿足以下公式(2a)至公式(2d)的條件下取得極值時的下一時刻穩態輸入變量值。