模型預(yù)測(cè)控制工程應(yīng)用導(dǎo)論

前言

模型預(yù)測(cè)控制是20世紀(jì)70年代在工業(yè)過程控制領(lǐng)域中出現(xiàn)的一類新型計(jì)算機(jī)控制算法，是繼PID控制之后在過程控制應(yīng)用中使用最廣泛最有效的控制算法，已經(jīng)成為處理復(fù)雜約束多變量控制問題的公認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)。作為先進(jìn)過程控制的典型代表，它的出現(xiàn)對(duì)復(fù)雜工業(yè)過程的優(yōu)化控制產(chǎn)生了深刻影響，在全球煉油、化工等行業(yè)數(shù)千個(gè)復(fù)雜裝置中的成功應(yīng)用及由此取得的巨大經(jīng)濟(jì)效益，使之成為工業(yè)過程控制領(lǐng)域最受青睞的先進(jìn)控制算法。具體地，多變量控制功能能夠最大限度地抑制控制系統(tǒng)的波動(dòng)，保持控制系統(tǒng)的平穩(wěn)，降低控制系統(tǒng)的方差。雖然某些多變量控制算法也具有高超的多變量控制能力，但模型預(yù)測(cè)控制更勝一籌之處在于它能夠在平穩(wěn)地將系統(tǒng)操作在多約束條件的某些邊界上，使控制系統(tǒng)卡邊運(yùn)行，這是模型預(yù)測(cè)控制能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。 目前，國(guó)際上專門從事模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)服務(wù)的公司有50多家，很多大型石油公司都有專業(yè)的技術(shù)人員負(fù)責(zé)模型預(yù)測(cè)控制/先進(jìn)過程控制的工作，很多國(guó)外的商品化軟件包無論在技術(shù)體系上還是工程經(jīng)驗(yàn)上都有獨(dú)到之處。然而，模型預(yù)測(cè)控制在我國(guó)的應(yīng)用深度和廣度與國(guó)外相比有較大差距。本書的撰寫，就是為了適應(yīng)這方面的需要，通過全面介紹模型預(yù)測(cè)控制實(shí)施過程中相關(guān)的理論與方法，使讀者全面了解模型預(yù)測(cè)控制應(yīng)用中技術(shù)細(xì)節(jié)，從而推動(dòng)模型預(yù)測(cè)控制在我國(guó)的研究與應(yīng)用，使模型預(yù)測(cè)控制對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和自動(dòng)化水平的提高產(chǎn)生積極的影響。 模型預(yù)測(cè)控制工程實(shí)施是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及了幾乎控制科學(xué)與工程的所有問題，包括了濾波、工業(yè)過程的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、多變量的集成優(yōu)化控制、狀態(tài)估計(jì)等諸多難點(diǎn)問題，項(xiàng)目成功的關(guān)鍵在于相關(guān)MPC工程技術(shù)的完備性以及工程實(shí)施人員的經(jīng)驗(yàn)。另一方面，與其說模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)是一種控制技術(shù)不如說是一種優(yōu)化技術(shù)，這是它與其他類反饋控制的主要區(qū)別所在。本書系統(tǒng)地論述了MPC與系統(tǒng)辨識(shí)、全局穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、局部動(dòng)態(tài)優(yōu)化、性能評(píng)估的關(guān)系及技術(shù)細(xì)節(jié)，這也是本書區(qū)別于其他預(yù)測(cè)控制書籍的特色之一。“十一五”國(guó)家發(fā)展規(guī)劃中，將節(jié)能減排定為國(guó)策，而集成了穩(wěn)態(tài)優(yōu)化操作的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)正是流程工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、提高生產(chǎn)率、降低消耗的關(guān)鍵技術(shù)。

內(nèi)容概要

本書全面介紹工業(yè)模型預(yù)測(cè)控制及相關(guān)建模、優(yōu)化、性能評(píng)估的理論與方法，側(cè)重于模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)實(shí)施的完整性。主要由四部分內(nèi)容組成：一是概述了模型預(yù)測(cè)控制的機(jī)理、特征，細(xì)致描述了它的典型算法、技術(shù)細(xì)節(jié)，并進(jìn)行了穩(wěn)定性分析；二是系統(tǒng)性地介紹了工業(yè)過程的模型化方法，以系統(tǒng)辨識(shí)方法為主，展示了工程中常用建模方法的基本原理及存在問題；三是介紹了模型預(yù)測(cè)控制上層的工業(yè)過程實(shí)時(shí)優(yōu)化與穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法，其中詳盡地給出了軟約束調(diào)整方法中的優(yōu)先級(jí)策略，并首次使用“點(diǎn)”模型概念解決了積分過程的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算問題；四是介紹了模型預(yù)測(cè)控制的性能評(píng)估，突出了約束與經(jīng)濟(jì)性能這兩大特征。    本書可作為高等學(xué)?；瘜W(xué)工程、自動(dòng)化類專業(yè)的研究生教材，預(yù)測(cè)控制理論研究者和工程技術(shù)人員的參考用書。

書籍目錄

第1章　模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)第2章　工業(yè)過程的模型化第3章　狀態(tài)空間模型的辨識(shí)——子空間方法第4章　工業(yè)過程實(shí)時(shí)優(yōu)化技術(shù)第5章　穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算方法第6章　模型預(yù)測(cè)控制算法第7章　模型預(yù)測(cè)控制工程化的更多細(xì)節(jié)第8章　模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的性能評(píng)估第9章　討論與總結(jié)中英文對(duì)照表參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：通常，APC系統(tǒng)與分布式控制系統(tǒng)（DCS，又稱集散控制系統(tǒng)）相連接，APC的計(jì)算結(jié)果通過OPC（OLE for Process Control）接口發(fā)送到控制端口上。APC主要應(yīng)用于石化行業(yè)，因?yàn)樵撔袠I(yè)包含了大量的復(fù)雜多變量控制問題。由于控制器包含了變量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，就可以預(yù)測(cè)變量在未來如何變化?；陬A(yù)測(cè)而計(jì)算的控制動(dòng)作可以保證變量位于它們的限制范圍內(nèi)。APC通常被用于模型可以被估計(jì)且變化不大的場(chǎng)合。在復(fù)雜的半導(dǎo)體工業(yè)中，APC在整條生產(chǎn)線的控制中起到非常重要的作用。目前，APC也越來越多地被其他工業(yè)所使用，例如，在礦山工業(yè)有很多成功應(yīng)用（通常結(jié)合模糊邏輯控制）。APC中常用的一些技術(shù)術(shù)語包括：過程的輸入指過程的“自變量”（Independent Var.iable），即在過程運(yùn)行中它的數(shù)值不受過程中其他變量的影響，包括操縱變量（Manipulated Variable，MV，又稱控制輸入；本書沿襲國(guó)內(nèi)習(xí)慣，在實(shí)時(shí)優(yōu)化中，將該變量稱為操縱變量，在穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算和MPC中將之稱為控制輸入）與擾動(dòng)變量（Disturbance Variable，DV，又稱擾動(dòng)輸入），擾動(dòng)輸入亦可劃分為可測(cè)擾動(dòng)和不可測(cè)擾動(dòng)兩種；過程的輸出指過程的“因變量”（Dependent Variable，DV），是指過程輸入產(chǎn)生變化時(shí)會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化的變量，亦稱被控變量（Controlled Vatia-ble，CV）。

編輯推薦

《模型預(yù)測(cè)控制工程應(yīng)用導(dǎo)論》由化學(xué)工業(yè)出版社出版。

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