软测量技术研究的方向
（1） 数据处理 数据处理是一个十分重要的问题，尤其是过失误差处理。
（2）软测量建模方法研究 ①将新兴的技术用于软测量建模。 目前虽然出现了众多软测量建模方法，但仍不能满足实际需要。 将一些新兴的技术用于软测量建模，建立基于新兴技术的软测量 模型仍是目前研究的热点。如：将神经网络、微粒群优化算法、 遗传算法、等新兴技术用于软测量建模，建立性能更好的软测量 模型。
一、工业过程先进控制及应用
模糊控制 模糊控制是建立在经验基础上的控制，无需建立数学模型，是解 决不确定系统的一种途径；具有较强的鲁棒性。但模糊控制设计 缺乏系统性，无法定义控制目标，控制规则的选择、论域的选 择，模糊集的定义、量化因子的选取等多采用试凑法，这对复杂 控制是难于凑效的。
专家控制 ： 专家控制是建立在经验基础上的控制，无需建立数学模型，是解 决不确定系统的一种途径；具有较强的鲁棒性。
一、工业过程先进控制及应用
z 鲁棒控制： 将实际特性与数学模型在某些场合下的差别都看作不确定性。 从产生不确定性原因看，可以分为两大类： – 一类是对象特性具有不确定性，有些场合是这样，有些场合 是那样，具有偶然性、随机性和不可预估性； – 另一类是数学模型未能完全符合客观实际，有许多简化模型 就是这样。 鲁棒控制的任务是设计一个固定控制器，使得相应的闭环系统 在指定不确定性扰动作用下仍能维持预期的性能，或相应的闭 环系统在保持预期的性能前提下，能允许最大的不确定性扰 动。
一、工业过程先进控制及应用
(4).聚丙烯装置 扬子石化公司、上海石化、齐鲁石化公 司、燕山石化公司等在聚丙烯装置实施先 进控制技术获得了明显经济效益。
一、工业过程先进控制及应用
(5). 延迟焦化装置 福建炼化公司，扬子石化公司，上海金山石化 公司采用美国Aspen公司DMCplus先进控制软 件。
一、工业过程先进控制及应用
神经网络控制 ANN的主要吸引力在于：
z 能够以任意精度逼近任意非线性映射； z 自适应性能力，包括自学习能力，自组织推理能力等； z 并行结构和并行处理，因此处理速度快，能快速实现大
量复杂的控制算法，进行实时处理； z 分布式信息存储与处理结构，具有独特的容错性；
一、工业过程先进控制及应用
一、工业过程先进控制及应用
z推理控制：
– 推断控制是利用数学模型由可测信息将不可测 的输出变量推算出来实现反馈控制，或将不可 测扰动推算出来以实现前馈控制。
– 由于推断控制是基于模型的控制，要获得精确 的过程模型难度较大，所以这类推断控制应用 不多。
一、工业过程先进控制及应用
软测量技术： 在线分析仪表（传感器）价格昂贵；维护保养复杂； 分析仪表滞后大，最终将导致控制质量的性能下降，难以满足生 产要求。 部分产品质量目前无法测量
智能控制与传统控制方法相结合： 模糊变结构控制(FVSC) ； 自适应模糊控制(AFC) ； 自适应神经网络控制(ANNC) ； 神经网络变结构控制 (NNVAC) ； 神经网络预测控制(ANNPC) ； 模糊预测控制(FPC) ； 专家模糊控制(EFC) ； 模糊神经网络控制(FNNC) ； 专家神经网络控制(ENNC)……
前馈控制；串级控制；时滞补偿；解耦控制；自适应控制； z 著名过程控制专家D.E.Seborg提出过程控制策略分类：
第一类(传统控制策略)：PID控制；比值控制；串级控制；前馈控 制。 第二类(先进控制—经典技术)：增益调整；时滞补偿；解耦控 制 ；选择性控制。 第三类(先进控制—流行技术)：模型预测控制；统计质量控制；内 模控制；自适应控制。 第四类：(先进控制—潜在技术) ：最优控制；非线性控制；专家 系统；模糊控制；神经网络控制。 第五类(先进控制—研究中策略)：鲁棒控制；H∞和μ综合。
（3）在线校正的研究
在线校正是软测量应用中必不可少的部分，尽管已有不少离线 校正的方法，但在线校正的方法十分有限。
一、工业过程先进控制及应用
故障检测与诊断： z 随着现代工业及科学技术的迅速发展，生产设备日
趋大型化、高速化、自动化和智能化，系统的安全 性、可靠性和有效性日益变得重要化和复杂化，故 障检测与诊断技术也愈来愈受到人们的重视。 z 故障诊断技术是一门综合性技术，它的开发涉及多 门学科，如现代控制理论、可靠性理论、数理统 计、模糊集理论、信号处理、模式识别、人工智能 等学科理论。 z 故障检测诊断系统要提高故障的正确检测率。要降 低故障的漏报率和误报率，漏报指发生了故障未报 警，误报指未发生故障反而报警。
一、工业过程先进控制及应用
z 推出了从实际工业过程特点出发，寻求对模型 要求不高，在线计算方便，对过程和环境的不 确定性有一定适应能力的控制策略和方法。例 如，自适应控制系统、预测控制系统、鲁棒控 制系统、智能控制系统（专家系统、模糊控 制……）等先进控制技术。
一、工业过程先进控制及应用
2. 工业过程先进控制主要内容 z C.L.Smith提出先进控制：
一、工业过程先进控制及应用
②将不同的方法相互融合建立混合模型或多模型 由于实际系统的复杂多变，往往来说，一种方法建立的模型难 以满足要求。如果结合实际系统的机理分析和实际情况，将不 同的方法相互融合，建立混合模型，这一建模方向是值得研究 的方向。
③动态软测量模型研究 经过十几年的发展,软测量技术无论是在理论研究还是在实际 应用中均取得了较大成功,然而至今为止的大部分研究都是针 对静态软测量模型。为了进一步提高软测量模型精度和鲁棒 性，动态软测量模型是今后研究方向之一。
先进控制技术
刘爱伦
华东理工大学自动化系 2010-3-5
一、工业过程先进控制及应用
1. 工业过程先进控制产生背景 z 在工业生产过程中，一个良好的控制系统不但要保证
系统的稳定性和整个生产的安全，满足一定的约束条 件，而且应该带来一定的经济效益和社会效益。 z 然而设计这样的控制系统会遇到许多困难，特别是复 杂工业过程往往具有不确定性（环境结构和参数的未 知性、时变性、随机性、突变性）、机理复杂性、非 线性、分布参数系统、变量间的关联性以及信息的不 完全性和大纯滞后性等，要想获得精确的数学模型是 十分困难的。
z 软测量的基本思想是对于难于测量或暂时不能测量的重要变量 （或称之为主导变量），选择另外一些容易测量的变量（或称 之为辅助变量），通过构成某种数学关系来推断和估计，以软 件来代替硬件（传感器）功能。
z 这类方法具有响应迅速，连续给出主导变量信息，且具有投资 低，维护保养简单等优点。
一、工业过程先进控制及应用
一、工业过程先进控制及应用
z 多变量预测控制： 预测模型、反馈校正、滚动优化 由于预测控制的一些基本特征使其产生许多优 良性质：
– 对数学模型要求不高且模型的型式是多样化的； – 具有良好的跟踪性能和较强的抗干扰能力； – 对模型误差具有较强的鲁棒性。
一、工业过程先进控制及应用
主要研究： 稳定性（带约束MPC以及开环不稳定、非最小相位、 时滞等特性的对象）； MPC鲁棒性分析和综合； 可行性（在给定约束与性能指标的条件下，相应的预 测控制规律是否存在的问题）； 非线性MPC性能和算法研究。
一、工业过程先进控制及应用
(1). 催化裂化装置 国内首先由齐鲁石化公司胜利炼油厂引进美国Setpoint 公司的多变量预测控制技术（IDCOM-M）获得成功 后，大庆石油化工总厂催化裂化装置、 兰州炼油化工 总厂催化裂化装置、前郭炼油厂催化裂化装置、抚顺石 化公司炼油一厂催化裂化装置、燕山石化公司催化裂化 装置、乌鲁木齐石化总厂催化裂化装置、荆门石化总厂 催化裂化装置……等亦引进与合作开发了先进控制系 统。
一、工业过程先进控制及应用
适应控制未能在工业上进一步推广原因： z 适应控制是辨识与控制的结合，但两者有一个难解决的矛
盾，辨识需要有持续不断的激励信号，控制却要求平稳少 变； z 适应控制中，除了原来的反馈回路外，还增加了调整控制 算法的适应性回路，后者（外层回路）常常是非线性的， 系统的稳定性有时无法保证； z 要知道对象模型阶数，这在实际上往往难以做到； z 辨识模型因结 有人评价，适应控制成绩不小，问题不少，总的来说，还 需要新的突破。
一、工业过程先进控制及应用
●国内自行开发部分先进控制软件包应用： 我国通过“八五”“九.五”国家重点科技攻关等。在 先进控制与优化控制方面积累了许多经验，成功应用实 例亦不少。部分成果已逐渐形成商品化软件。
一、工业过程先进控制及应用
一、工业过程先进控制及应用
z 纯滞后补偿控制： 对于大纯滞后系统自1957年史密斯提出Smith预估补偿器以 来，由于Smith 预估补偿器对参数变化灵敏度极高，又相继出 现了各种改进Smith 预估补偿方法。例如观测补偿器控制方 案，纯滞后对象采样控制,内模控制IMC、达林控制等，但均尚 未完全真正解决，人们还在继续努力想方设法寻求解决办法。
一、工业过程先进控制及应用
z国际故障诊断权威，德国的 P．M．Frank教授认为所有的故障 诊断方法可以划分为
– 基于知识的方法 – 基于解析模型的方法 – 基于信号处理的 近年来又出现了一些新的故障诊断方法
一、工业过程先进控制及应用
存在的问题 故障诊断是一个新兴的研究领域，尽管经过多年的发展，已经 取得了很大进步，内容得到很大充实，在工程实践中也得到了 一些应用，取得了较为满意的效果，但是同时也暴露出了很多 尚待解决的问题。
一、工业过程先进控制及应用
3. 工业过程先进控制效益：
z DCS改造投资70%
效益10%
z DCS代替常规仪表投资10% 效益10%
z APC先进控制投资10%
效益40%
z RTO实时优化投资10%
效益40%
先进控制APC典型偿还率10美元/1美元
提高利用率：处理量2-5%、转化率0.5-2%
高价产品回收：0.2-5%
(3). 连续重整装置 广州石油化工总厂连续重整装置采用美国西雷公司的数 据平台ONSEPEC、美国Setpoint公司的多变量预估软 件SMCA；金陵石化公司炼油厂连续重整和抽提装置上 采用Honeywe11公司的鲁棒多变量预估控制器 RMPCT；镇海炼化股份有限公司炼油厂连续重整装置 采用美国Aspen公司DMCplus先进控制软件。