高等過(guò)程控制—第8章預(yù)測(cè)控制

1、 1 2022-3-202 2022-3-203 2022-3-204 2022-3-205 2022-3-206 2022-3-207 2022-3-208 2022-3-209 2022-3-2010 2022-3-2011 2022-3-2012 2022-3-2013 2022-3-20142 yu143未來(lái)未來(lái)過(guò)去過(guò)去k 時(shí)刻時(shí)刻 1控制策略控制策略 2控制策略控制策略 3對(duì)應(yīng)于控制對(duì)應(yīng)于控制 策略策略的輸出的輸出 4對(duì)應(yīng)于控制策略對(duì)應(yīng)于控制策略的輸出的輸出 2022-3-2015 2022-3-2016uuyryryk時(shí)刻優(yōu)化時(shí)刻優(yōu)化213yk+1時(shí)刻優(yōu)化時(shí)刻優(yōu)化213k+1kt/

2、T1參考軌跡參考軌跡yr (虛線(xiàn)虛線(xiàn))2最優(yōu)預(yù)測(cè)輸出最優(yōu)預(yù)測(cè)輸出y(實(shí)線(xiàn)實(shí)線(xiàn))3最優(yōu)控制作用最優(yōu)控制作用u 預(yù)測(cè)控制不是用一個(gè)對(duì)預(yù)測(cè)控制不是用一個(gè)對(duì)全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，全局相同的優(yōu)化性能指標(biāo)，不同時(shí)刻優(yōu)化性能指標(biāo)的形不同時(shí)刻優(yōu)化性能指標(biāo)的形式相同，但其所包含的時(shí)間式相同，但其所包含的時(shí)間區(qū)域不同。區(qū)域不同。 2022-3-2017 2022-3-2018yukk+141231k時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出時(shí)刻的預(yù)測(cè)輸出2k時(shí)刻實(shí)際輸出時(shí)刻實(shí)際輸出 3預(yù)測(cè)誤差預(yù)測(cè)誤差4k時(shí)刻校正后的預(yù)測(cè)輸出時(shí)刻校正后的預(yù)測(cè)輸出t/T 2022-3-2019)( aaN 2022-3-2020 2022-3-2021模型截

3、斷模型截?cái)鄖0123a3a2 a1 NN-1aNaN-1t/T 2022-3-2022TkNkykkykky/2/10000NyTykNkykkykky/2/11111N kukkayyN0N1TN21aaaa 2022-3-2023kky/10kky/20kky/30 kyp0kkyM/1kkyM/2kkyM/2 kyPM 2022-3-2024 kukkMAyyP0PM Tu11MkukukukM 2022-3-2025min ( ) () (/ )()J kq w k iyk i kr u kjiMjjMiP 22111 2022-3-2026 2022-3-2027 kyPMkkyM/

4、1kkyM/2kPkyM/P12 2022-3-2028kkykyke/1111kky/11 2022-3-2029 11kekkhyyN1cor1/11/1kikkikcorN0yy11kkcorN0ySy 2022-3-2030 k k+3 k+1k+2k+Nk+N+1t/Th2e(k+1) y(k+1)e(k+1)h3e(k+1) y(k) 實(shí)際軌跡實(shí)際軌跡 kN0y kkN0coryy11 kehN k1Nykky/1 2022-3-2031 2022-3-2032 設(shè)置控制初值設(shè)置控制初值 u0u 檢測(cè)實(shí)際輸出檢測(cè)實(shí)際輸出 y0,并設(shè)置預(yù)測(cè)并設(shè)置預(yù)測(cè) 初值初值 y0y(i), i=1

5、,2, N 計(jì)算控制量并輸出計(jì)算控制量并輸出 u + u u 計(jì)算輸出預(yù)測(cè)值計(jì)算輸出預(yù)測(cè)值 y(i)+aiu i=1,2, N 計(jì)算控制增量計(jì)算控制增量 返回返回 入口入口uiywdPii1)( 檢測(cè)實(shí)際輸出檢測(cè)實(shí)際輸出 y , 并計(jì)算誤差并計(jì)算誤差 y y(1) e 計(jì)算控制量并輸出計(jì)算控制量并輸出 u + u u 計(jì)算輸出預(yù)測(cè)值計(jì)算輸出預(yù)測(cè)值 +aiu , i=1,2, N 計(jì)算控制增量計(jì)算控制增量 返回返回 入口入口 預(yù)測(cè)值校正預(yù)測(cè)值校正 , i=1,2, N 移位設(shè)置該時(shí)刻預(yù)測(cè)初值移位設(shè)置該時(shí)刻預(yù)測(cè)初值 , i=1,2, N1uiywdPii1)( ( iy iyehiyi iy 1i

6、y iy iy 2022-3-2033 2022-3-2034 2022-3-2035 2022-3-2036 2022-3-20371kugyTMM 2022-3-2038 2022-3-2039 2022-3-2040 2022-3-2041 2022-3-2042 2022-3-2043系統(tǒng)投運(yùn)之后取系統(tǒng)投運(yùn)之后取 得了較好的控制效果，得了較好的控制效果，黑液濃黑液濃度波動(dòng)在度波動(dòng)在1%以?xún)?nèi)以?xún)?nèi)。 2022-3-2044 2022-3-2045 2022-3-2046 2022-3-2047 2022-3-2048， 2022-3-2049Setpoint、DMC、Speedup、Ade

7、rsa、Simoon、Treiber Control等專(zhuān)門(mén)從事等專(zhuān)門(mén)從事實(shí)時(shí)控制與優(yōu)化的軟件公司。實(shí)時(shí)控制與優(yōu)化的軟件公司。在在1996年，著名的年，著名的Setpoint公司和公司和DMC公司先后被公司先后被Aspentech公司收購(gòu)。公司收購(gòu)。在上百家大型石化、化工、煉油、鋼在上百家大型石化、化工、煉油、鋼鐵等企業(yè)應(yīng)用成功，取得了巨額利潤(rùn)。鐵等企業(yè)應(yīng)用成功，取得了巨額利潤(rùn)。 2022-3-2050這些這些開(kāi)發(fā)出適用于實(shí)時(shí)控開(kāi)發(fā)出適用于實(shí)時(shí)控制與優(yōu)化的多變量高級(jí)控制和實(shí)時(shí)在線(xiàn)制與優(yōu)化的多變量高級(jí)控制和實(shí)時(shí)在線(xiàn)優(yōu)化的商品化工程軟件，大量推向市場(chǎng)，優(yōu)化的商品化工程軟件，大量推向市場(chǎng)，在上百家大型

8、石化、化工、煉油、鋼鐵在上百家大型石化、化工、煉油、鋼鐵等企業(yè)應(yīng)用成功，取得了巨額利潤(rùn)。等企業(yè)應(yīng)用成功，取得了巨額利潤(rùn)。uAspentech公司實(shí)行收購(gòu)后，在過(guò)程信息公司實(shí)行收購(gòu)后，在過(guò)程信息管理管理PIM、先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)方面成、先進(jìn)控制和優(yōu)化技術(shù)方面成為世界領(lǐng)先地位為世界領(lǐng)先地位。 2022-3-2051 2022-3-2052DMCPlus控制軟件包控制軟件包Aspentech在在兼并兼并DMC公司和公司和Setpoint公司之后推出公司之后推出的，主要特點(diǎn)：的，主要特點(diǎn)：u過(guò)程模型辨識(shí)過(guò)程模型辨識(shí)u處理約束處理約束u經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)化經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)化u能處理大型控制問(wèn)題能處理大型控制問(wèn)題 20

9、22-3-2053國(guó)產(chǎn)多變量約束控制軟件包國(guó)產(chǎn)多變量約束控制軟件包MCC 2022-3-2054多變量約束控制軟件包多變量約束控制軟件包MCC功能特點(diǎn)：功能特點(diǎn)：u采用線(xiàn)性階躍響應(yīng)模型采用線(xiàn)性階躍響應(yīng)模型u采用能滿(mǎn)足控制指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的多采用能滿(mǎn)足控制指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化：根據(jù)優(yōu)先級(jí)的不同處理多目標(biāo)優(yōu)化：根據(jù)優(yōu)先級(jí)的不同處理多目標(biāo)問(wèn)題。在線(xiàn)調(diào)整優(yōu)先級(jí)，當(dāng)出現(xiàn)目標(biāo)問(wèn)題。在線(xiàn)調(diào)整優(yōu)先級(jí)，當(dāng)出現(xiàn)沖突時(shí)，首先保證最重要目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。沖突時(shí)，首先保證最重要目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。u能夠在線(xiàn)調(diào)整優(yōu)先級(jí)；能處理能夠在線(xiàn)調(diào)整優(yōu)先級(jí)；能處理CV的設(shè)的設(shè)定值要求和區(qū)間要求定值要求和區(qū)間要求 2022-3-2055多變量約

10、束控制軟件包多變量約束控制軟件包MCC功能特點(diǎn)：功能特點(diǎn)：u采用采用QP方法求解，能夠處理各類(lèi)約束方法求解，能夠處理各類(lèi)約束u采用多控制模式，能處理采用多控制模式，能處理“胖胖”、“方方”、“瘦瘦”系統(tǒng)及其自動(dòng)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)及其自動(dòng)轉(zhuǎn)化u各個(gè)各個(gè)MV和和CV都可以在線(xiàn)處于都可以在線(xiàn)處于“開(kāi)開(kāi)”、“關(guān)關(guān)”狀態(tài)，可在線(xiàn)分析系統(tǒng)可控性，狀態(tài)，可在線(xiàn)分析系統(tǒng)可控性，防止病態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生防止病態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生u可以進(jìn)行在線(xiàn)增益調(diào)整可以進(jìn)行在線(xiàn)增益調(diào)整 2022-3-2056多變量約束控制軟件包多變量約束控制軟件包MCC功能特點(diǎn)：功能特點(diǎn)：u能處理零增益等特殊動(dòng)態(tài)特性能處理零增益等特殊動(dòng)態(tài)特性u(píng)根據(jù)生產(chǎn)要求，在線(xiàn)調(diào)整動(dòng)態(tài)優(yōu)化性根據(jù)生產(chǎn)要求，在