[发明专利]自适应模型预测控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种多变量被控过程的自适应模型预测控制(MPC)装置，可用于控制炼油、石化、化学、冶金、食品、造纸和电力等流程工业的工业过程。本发明与先进过程控制(APC)相关，特别是与工业过程的模型预测控制(MPC)有着密切的联系。本发明能够处理具有多个控制变量(MV)和多个被控变量(CV)的大规模工业过程，也能够用来控制复杂机器设备。 

背景技术

模型预测控制(model predictive control，MPC或称：模型预报控制，)已成为标准的先进控制技术(APC)，在炼油和石化工业得到普及(见Qinand Badgwell，2003：A survey of industrial model predictive controltechnology(工业模型预测控制技术综述).期刊名Control EngineeringPractice，卷数Vol.11，页数pp.733-764.)，并开始应用于其它的流程工业。 

模型预测控制(MPC)在炼油和石化工业的一个应用例子是常减压装置的控制。一个常减压装置的MPC控制器可覆盖加热炉、主分馏塔(常压塔)和回流镇定塔，可以有三十以上的控制变量(MV)和九十个以上的被控变量(CV)。MPC控制器通过在线调节控制变量(MV)从而达到对被控变量(CV)的有效控制。被控变量(CV)可以被控制在工作区间内，可以被控制在给定值。MPC控制器还具有经济优化的功能。对常减压装置使用MPC控制技术可以提高生产的安全性和稳定性，降低能耗或增加产量，并改进产品的经济收益。据统计，对于一个年产500万吨的常减压装置应用MPC控制技术可以产生高于每年1000万元人民币的经济效益。 

MPC控制技术也可以用来对热电厂锅炉进行燃烧优化控制。一个热电厂锅炉MPC控制器可有二十以上的控制变量(MV)和三十个以上的被控变量(CV)。对热电厂锅炉使用MPC控制技术可以提高生产的安全性和稳定性，降低煤耗，降低氮 氧化物(污染)排放。据统计，对于一个30万千瓦机组的锅炉应用MPC控制技术可以产生高于每年500万元人民币的经济效益。 

MPC技术的核心是过程(即被控生产装置，也叫被控对象、生产过程)的动态数学模型。数学模型通常由过程(系统)辨识获得。过程(系统)辨识是实验建模法，有两部分，一是辨识实验，即对被控对象施加测试信号(激励)并记录其产生的响应；二是模型辨识，即用所测数据进行计算，建模。工程实践表明，辨识实验和模型辨识是MPC工程项目中最难、最费时的工作(见Richalet，1993：Industrialapplications of model based predictive control(模型预测控制的工业应用).期刊名Automatica，卷数Vol.29，No.5，页数pp.1251-1274.)。只基于单一固定模型的MPC控制器是无法长期工作的，在过程发生较大变化时，就必须对MPC控制器进行维护，维护的主要工作是重新辨识模型。