模型預測控制工程應用導論

前言

模型預測控制是20世紀70年代在工業(yè)過程控制領域中出現(xiàn)的一類新型計算機控制算法，是繼PID控制之后在過程控制應用中使用最廣泛最有效的控制算法，已經成為處理復雜約束多變量控制問題的公認標準。作為先進過程控制的典型代表，它的出現(xiàn)對復雜工業(yè)過程的優(yōu)化控制產生了深刻影響，在全球煉油、化工等行業(yè)數(shù)千個復雜裝置中的成功應用及由此取得的巨大經濟效益，使之成為工業(yè)過程控制領域最受青睞的先進控制算法。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，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，但模型預測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)卡邊運行，這是模型預測控制能夠產生經濟效益的關鍵。 目前，國際上專門從事模型預測控制技術服務的公司有50多家，很多大型石油公司都有專業(yè)的技術人員負責模型預測控制/先進過程控制的工作，很多國外的商品化軟件包無論在技術體系上還是工程經驗上都有獨到之處。然而，模型預測控制在我國的應用深度和廣度與國外相比有較大差距。本書的撰寫，就是為了適應這方面的需要，通過全面介紹模型預測控制實施過程中相關的理論與方法，使讀者全面了解模型預測控制應用中技術細節(jié)，從而推動模型預測控制在我國的研究與應用，使模型預測控制對我國國民經濟的發(fā)展和自動化水平的提高產生積極的影響。 模型預測控制工程實施是一個系統(tǒng)工程，涉及了幾乎控制科學與工程的所有問題，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)估計等諸多難點問題，項目成功的關鍵在于相關MPC工程技術的完備性以及工程實施人員的經驗。另一方面，與其說模型預測控制技術是一種控制技術不如說是一種優(yōu)化技術，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、全局穩(wěn)態(tài)優(yōu)化、局部動態(tài)優(yōu)化、性能評估的關系及技術細節(jié)，這也是本書區(qū)別于其他預測控制書籍的特色之一?！笆晃濉眹野l(fā)展規(guī)劃中，將節(jié)能減排定為國策，而集成了穩(wěn)態(tài)優(yōu)化操作的模型預測控制技術正是流程工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)節(jié)能減排、提高生產率、降低消耗的關鍵技術。

內容概要

本書全面介紹工業(yè)模型預測控制及相關建模、優(yōu)化、性能評估的理論與方法，側重于模型預測控制技術實施的完整性。主要由四部分內容組成：一是概述了模型預測控制的機理、特征，細致描述了它的典型算法、技術細節(jié)，并進行了穩(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；三是介紹了模型預測控制上層的工業(yè)過程實時優(yōu)化與穩(wěn)態(tài)目標計算方法，其中詳盡地給出了軟約束調整方法中的優(yōu)先級策略，并首次使用“點”模型概念解決了積分過程的穩(wěn)態(tài)目標計算問題；四是介紹了模型預測控制的性能評估，突出了約束與經濟性能這兩大特征。    本書可作為高等學校化學工程、自動化類專業(yè)的研究生教材，預測控制理論研究者和工程技術人員的參考用書。

書籍目錄

第1章　模型預測控制系統(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——子空間方法第4章　工業(yè)過程實時優(yōu)化技術第5章　穩(wěn)態(tài)目標計算方法第6章　模型預測控制算法第7章　模型預測控制工程化的更多細節(jié)第8章　模型預測控制系統(tǒng)的性能評估第9章　討論與總結中英文對照表參考文獻

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的計算結果通過OPC（OLE for Process Control）接口發(fā)送到控制端口上。APC主要應用于石化行業(yè)，因為該行業(yè)包含了大量的復雜多變量控制問題。由于控制器包含了變量之間的動態(tài)關系，就可以預測變量在未來如何變化?；陬A測而計算的控制動作可以保證變量位于它們的限制范圍內。APC通常被用于模型可以被估計且變化不大的場合。在復雜的半導體工業(yè)中，APC在整條生產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)有很多成功應用（通常結合模糊邏輯控制）。APC中常用的一些技術術語包括：過程的輸入指過程的“自變量”（Independent Var.iable），即在過程運行中它的數(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；本書沿襲國內習慣，在實時優(yōu)化中，將該變量稱為操縱變量，在穩(wěn)態(tài)目標計算和MPC中將之稱為控制輸入）與擾動變量（Disturbance Variable，DV，又稱擾動輸入），擾動輸入亦可劃分為可測擾動和不可測擾動兩種；過程的輸出指過程的“因變量”（Dependent Variable，DV），是指過程輸入產生變化時會發(fā)生相應變化的變量，亦稱被控變量（Controlled Vatia-ble，CV）。

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《模型預測控制工程應用導論》由化學工業(yè)出版社出版。

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