基于DCS的預(yù)測控制技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用.pdf

1、預(yù)測控制被認為是工業(yè)過程最有前途的先進控制算法，對于復(fù)雜控制問題，預(yù)測控制技術(shù)能提供比PID控制技術(shù)更優(yōu)良的控制性能，已被許多大公司嵌入到控制系統(tǒng)軟件中，在一些大型的過程控制系統(tǒng)中得到應(yīng)用。但預(yù)測控制在許多中小型裝置中還未得到廣泛應(yīng)用，其原因在于該算法與常用的PID控制算法相比對工程師的專業(yè)知識要求較高，且在DCS層成功實施預(yù)測控制的主要障礙是在軟硬件和人員培訓(xùn)方面的支持非常有限。其次，實現(xiàn)基于模型的控制，經(jīng)常需要比在DCS層容易獲得的

2、編程環(huán)境更高層次的編程環(huán)境和水平。為此，本文針對中小型復(fù)雜過程控制系統(tǒng)的特點，基于通常使用的低成本DCS平臺，研究開發(fā)了模型預(yù)測控制算法嵌入到DCS層組態(tài)控制軟件中的技術(shù)以及用DCS層組態(tài)控制軟件模塊實現(xiàn)模型預(yù)測控制算法的方法及其參數(shù)的工程整定規(guī)則，并進行了研究結(jié)果的仿真研究和應(yīng)用研究，這對于推廣應(yīng)用預(yù)測控制技術(shù)具有重要實際意義和應(yīng)用價值。 本文第一章為緒論，首先闡述了課題背景與意義，綜述了預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀，提出了

3、本文的主要工作。 第二章在對廣義預(yù)測控制的基本和擴展方法進行討論的基礎(chǔ)上，對廣義預(yù)測控制律的線性形式進行分析，推出了當對象模型為無純遲延和無測量噪聲(C(z<'-1>)=1)的二階簡單系統(tǒng)：A(z<'-1>)=1+a<,1>z<'-1>+a<,2>z<'-2>，B(z<'-1>)=b<,0>時，其廣義預(yù)測控制律的線性形式與只對設(shè)定值y，進行積分運算的PID算法(SPPID)具有相同的控制結(jié)構(gòu)的結(jié)論，進而提出一種在較復(fù)雜對象的

4、情況下如何只采用DCS的算法模塊就能組合實現(xiàn)廣義預(yù)測控制算法的設(shè)計方法及其參數(shù)的整定方法。為了表明所提出的這種用DCS層組態(tài)控制軟件模塊實現(xiàn)模型預(yù)測控制算法的方法的有效性，以兩類復(fù)雜對象：非最小相位過程和具有再循環(huán)和純遲延的復(fù)雜過程為例進行了仿真研究，仿真測試表明提出的控制算法可提供類似于廣義預(yù)測控制的控制性能。 本文作者曾階段性參與將課題組開發(fā)的CFBB DMC預(yù)測控制工程化軟件包在監(jiān)控層嵌入到XDPS DCS控制系統(tǒng)中

5、的開發(fā)研究，第三章將之加以總結(jié)提出了預(yù)測控制算法在監(jiān)控層嵌入到DCS層組態(tài)控制軟件中的應(yīng)用技術(shù)。論文論述了這種技術(shù)及其應(yīng)用在某熱電廠CFBB過熱汽溫控制中的技術(shù)方案,包括汽溫對象特性描述及常規(guī)控制方案分析，改進的汽溫控制方案設(shè)計。該方案將噴水減溫執(zhí)行機構(gòu)的非線性特性的增益調(diào)度補償、具有前饋一反饋結(jié)構(gòu)的DMc預(yù)測控制和DMc—PID串級預(yù)測控制等先進控制技術(shù)綜合應(yīng)用，獲得了良好的現(xiàn)場工業(yè)應(yīng)用實驗效果。 第四章總結(jié)了全文的工作，并討