CN101135887A - 高鲁棒性先进控制方法及其控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种高鲁棒性先进控制方法及其控制系统。主要解决石油化工、制药等行业中一般工业过程为被控制对象时鲁棒性差的问题。其特征在于该方法由如下步骤组成：(1)构建先进过程控制软件框架；(2)构建先进过程控制软件框架核心；(3)构建先进过程控制软件框架人机界面；(4)构建先进过程控制软件仿真包，实现各种控制对象的仿真。所述控制系统由操作站、先进控制器、控制站以及数据通讯网构成，数据通讯网联结操作站、先进控制器和控制站。该种高鲁棒性先进控制方法及其控制系统能够充分发挥计算机的功能，进一步提高企业经济效益，真正实现先进过程控制策略。
Description
技术领域：
高鲁棒性先进控制方法及其控制系统是以石油化工、制药等行业中的一般工业过程为被控制对象，属控制科学与工程领域。
背景技术：
上世纪80年代以来，DCS系统得到了广泛应用，但实际应用基本上以单回路PID控制为主，从控制性能的角度看，并没有充分发挥计算机的功能。先进过程控制(APC)是指一类基于模型，充分利用计算机能力，为工厂获得最大利润的运行和技术策略。国外许多控制软件公司和DCS厂商都有自己的先进控制和先进控制商品化软件包，并不断改进和升级，国内近几年APC软件的应用数量增长迅速，取得了显著的经济效益。但存在一个不容忽视的现象，就是有相当数量的先进控制软件投用后不久就被停用，又回到先前的基本DCS控制。或者是虽然投用，但并没有达到最佳状态。究其原因，主要有三，一是国外APC软件对使用条件要求太高，有的装置达不到要求；二是因为国外厂商对其核心技术保密，国内实施人员没有全面深入理解掌握产品功能，往往知其然，而不知其所以然，这势必影响使用效果；三是技术支持不得力。
发明内容：
为了解决目前国内现有工业控制过程中存在的先进过程控制方法不适用导致最终返回基本DCS控制模式的问题，本发明提供一种高鲁棒性先进控制方法及其控制系统，该种高鲁棒性先进控制方法及其控制系统能够充分发挥计算机的功能，进一步提高企业经济效益，真正实现了先进过程控制策略。
本发明的技术方案是：该方法由如下步骤组成：
(1)构建先进过程控制软件框架，具体方式为采用组态工具将运算模块组合连接，之后生成实现表，供运行主程序使用，运行主程序根据实现表，调用核中的相应模块，并保护每个调用的场景，顺次运算，实现对过程的先进控制；
(2)构建先进过程控制软件框架核心，由4种类型运算模块组成，分别为控制类多变量模型预测控制模块、纯滞后补偿控制模块、解耦及自适应控制模块、状态反馈控制及动态辨识模块；
(3)构建先进过程控制软件框架人机界面，实现为独立完整的控制系统时，形成操作界面；
(4)构建先进过程控制软件仿真包，实现各种控制对象的仿真。
与上面所述高鲁棒性先进控制方法相适应的控制系统为专门的系统，其组成模式为：所述控制系统由操作站、先进控制器、控制站以及数据通讯网构成，数据通讯网联结操作站、先进控制器和控制站，控制站作为控制终端向被控装置发出指令。
本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案后，可以对控制器参数进行精确设定，当被控制对象或环境发生变化时，控制系统的性能不会显著降低，成功解决在工业控制过程中的高鲁棒性问题。
附图说明：
图1是本发明的典型软件结构图。
图2是本发明中控制系统组成示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明是在借鉴国内外先进控制技术的基础上作出的。上世纪80年代以来，DCS系统得到了广泛应用，但实际应用基本上以单回路PID控制为主，从控制性能的角度看，并没有充分发挥计算机的功能。为顺应进一步提高企业经济效益的要求，许多科研人员提出了先进过程控制策略并得到成功应用。先进过程控制(APC)是指一类基于模型，充分利用计算机能力，为工厂获得最大利润的运行和技术策略。实施先进控制后，系统可以运行在最佳工况，实现优化生产。目前先进控制策略主要有：多变量模型预测控制、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、状态反馈控制、差拍控制、推理控制、智能控制等，以多变量模型预测控制的综合性能最好，著名先进控制软件大都以多变量模型预测控制为核心，辅以其它策略。国外许多控制软件公司和DCS厂商都有自己的先进控制和先进控制商品化软件包，并不断改进和升级。
针对这种现状，发明人研究出了这种高鲁棒性先进控制方法以及与该方法配套使用的专门控制系统，具体的说该方法由如下步骤组成：
(1)构建先进过程控制软件框架，具体方式为采用组态工具将运算模块组合连接，之后生成实现表，供运行主程序使用，运行主程序根据实现表，调用核中的相应模块，并保护每个调用的场景，顺次运算，实现对过程的先进控制；
(2)构建先进过程控制软件框架核心，由4种类型运算模块组成，分别为控制类多变量模型预测控制模块、纯滞后补偿控制模块、解耦及自适应控制模块、状态反馈控制及动态辨识模块；
(3)构建先进过程控制软件框架人机界面，实现为独立完整的控制系统时，形成操作界面；
(4)构建先进过程控制软件仿真包，实现各种控制对象的仿真。
与上面所述高鲁棒性先进控制方法相适应的控制系统为专门的系统，其组成模式为：所述控制系统由操作站、先进控制器、控制站以及数据通讯网构成，数据通讯网联结操作站、先进控制器和控制站，控制站作为控制终端向被控装置发出指令。
下面是申请人华创公司自主研发的先进过程控制方法的具体构成，由HCHAPC-Arch、HCHAPC-Core、HCHAPC-HMI、HCHAPC-Sim共4部分组成，各部分功能及典型应用形式如下。其中，先进过程控制方法框架HCHAPC-Arch是先进过程控制软件的组态工具和运行主程序。组态工具用来将HCHAPC-Core中的各种运算模块组合连接成某个先进控制系统的具体实现，最后生成实现表，供运行主程序使用。运行主程序根据实现表，调用核中的相应模块，并保护每个调用的场景，顺次运算，实现对过程的先进控制。先进过程控制方法核HCHAPC-Core是先进过程控制软件的核心，由约100个各种运算模块组成，分为以下4种类型：
(1)、控制类
包括多变量模型预测控制(MPC模型算法控制、DMC动态矩阵控制、GPC广义预测控制)、纯滞后补偿控制、解耦控制、自适应控制、状态反馈控制、PID、多变量模型预测、动态辨识(最小二乘类)等。
(2)、动态系统类
包括积分、微分、超前滞后、一阶惯性、二阶系统、纯滞后补偿等。
(3)、数学运算类
包括加、减、乘、除、折线、非线性、上下限限制、变化率限制、温压补偿等。
(4)、逻辑运算类
包括与、或、非、异或等。
先进过程控制方法人机界面HCHAPC-HM是先进过程控制软件的人机界面，主要有3个功能：
(1)、人机界面功能。供系统调试和参数设置使用。当HCHAPC实现为独立完整的控制系统时，形成操作界面；
(2)、与外界的数据交换功能。其丰富、完善的驱动程序，完成与各种DCS及其它硬件系统的数据交换；
(3)、数据库功能。大容量、安全、稳定的实时数据库和历史数据库。
先进过程控制软件__仿真包HCHAPC-Sim是先进过程控制方法的仿真包，实现各种控制对象的仿真。HCHAPC实现的典型硬件形式如图2所示。HCHAPC安装运行在独立的工控机上，形成先进控制器，工控机通过网络与DCS连接。从整个控制系统的结构上看，先进控制器只相当于DCS系统的一个或数个控制模块，操作人员通过DCS的操作站操作整个装置。操作站的操作画面作少量修改，增加所涉及回路的切换开关。操作人员操作简单、方便。HCHAPC具体实现的典型软件结构如图1所示。
运用HCHAPC-Arch，实现两个目的明显不同的层次，共同实现先进控制目标。过程参数控制层和先进控制层使用同一个HCHAPC-Core中的运算模块，但实现的目标却各不相同。过程参数控制层是整个先进控制系统的基础，创造先进控制层所需的条件。先进控制层纵观全系统，计算出不同约束条件所对应的系统运行状态，实现先进控制或卡边控制。
Claims (2)
1.一种高鲁棒性先进控制方法，其特征在于该方法由如下步骤组成：
(1)构建先进过程控制软件框架，具体方式为采用组态工具将运算模块组合连接，之后生成实现表，供运行主程序使用，运行主程序根据实现表，调用核中的相应模块，并保护每个调用的场景，顺次运算，实现对过程的先进控制；
(2)构建先进过程控制软件框架核心，由4种类型运算模块组成，分别为控制类多变量模型预测控制模块、纯滞后补偿控制模块、解耦及自适应控制模块、状态反馈控制及动态辨识模块；
(3)构建先进过程控制软件框架人机界面，实现为独立完整的控制系统时，形成操作界面；
(4)构建先进过程控制软件仿真包，实现各种控制对象的仿真。
2.一种专用于权利要求1中高鲁棒性先进控制方法的控制系统，其特征在于：所述控制系统由操作站、先进控制器、控制站以及数据通讯网构成，数据通讯网联结操作站、先进控制器和控制站，控制站作为控制终端向被控装置发出指令。
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2006
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