[发明专利]一种工业过程的控制方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及工业过程控制领域，尤其涉及一种工业过程的控制方法和设备。

背景技术

工业过程中使用的过程控制系统，通常具有多个输入变量以及随这些输入变量的改变而变化的多个输出变量。这些多个输入变量通常是执行工业过程的工业设备的可控变量，而多个输出变量可以是工业过程的运行结果有关的变量。

工业过程的控制方法具有分层递阶结构，上层为稳态优化，下层为动态控制。由于实际的工业过程都是动态的，因此系统的状态也是不断变换的。工业过程的稳态是指当时间趋于无穷时系统所体现出的稳定状态。上层稳态优化是在一定的系统性能和给定的约束条件下，获得当系统为稳定状态时，使生产过程性能更优的系统稳态操作点。稳态操作点可以由输入变量的稳态值或输入变量的稳态值与输出变量的稳态值的组合来表示。进而，可以将获得的稳态操作点中的输入变量设置为可控变量，实施工业过程下层的动态控制。

为获得系统的稳态操作点，工业过程的稳态优化方法可以使用反映生产过程经济性能目标函数来实现。这些经济性能可以是生产过程所产生的经济效益或者所消耗的成本等。面向经济性能的稳态优化意在获得当经济性能最优时的稳态操作点，进而使用该稳态操作点的输入变量值和输出变量值进行过程控制，以实现更好的经济性能目标。

在一些工业过程中包含一种积分过程。积分过程具有多个输入变量以及多个输出变量。输出变量对输入变量的阶跃变化呈现斜坡增长趋势，即输出变量对输入变量的变化量具有积分效果，因此积分过程中的这些输出变量称为积分输出变量。积分输出变量本质上反映了工业过程对物质或能量的累积作用，只要输入变量的增量不为零，则输出变量就将发生改变。举例来说，例如，储罐液位的变化过程就是一个典型的积分过程，储罐的进口和出口流量是该过程的输入变量，储罐的液位是该过程的积分输出变量。如果进口和出口流量不相等，液位将持续上升或下降。

积分过程具有的这种性质易使系统出现不稳定的状态，甚至导致生产过程中发生事故。因此，对于多变量积分过程，需要找到其相对稳定的系统状态的平衡点进行工业过程的控制，使得影响积分输出变量的各输入变量相对于稳态工作点的变化之和为零，以保证系统的稳定。

一种针对积分过程的控制方法是在选定目标函数后，将积分过程需要考虑的是系统稳定的条件转换为积分过程稳态优化约束条件，在进行优化计算时，将积分过程稳态优化约束条件与其他约束条件一起进行优化计算，以获得满足条件的稳态操作点。在此基础上用稳态操作点设置可控变量实施工业过程的控制。

例如，一种目标函数可以为：

minΔU∞(k)J=CTΔU∞(k)---(1)]]>

其中，下标∞表示稳态过程，C^T＝[c₁ c₂ … c_m]为稳态输入变量的权值的集合，m为稳态输入变量的个数。表示下一时刻稳态输入变量与当前时刻稳态输入变量之差的集合。基于目标函数进行稳态优化是计算体现经济性能的目标函数在满足以下公式(2a)至公式(2d)的条件下取得极值时的下一时刻稳态输入变量值。