[发明专利]一种炼油工业过程的伴随矩阵解耦预测函数控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种炼油工业过程的伴随矩阵解耦预测函数控制方法。

背景技术

炼油工业过程是我国流程工业的重要组成部分，其要求是供给合格的能源、燃料和化工原料等工业产品，满足国民经济发展的需要。为此，生产过程的各个主要工艺参数必须严格控制。随着市场竞争的日益加剧，企业对产品的质量与环保要求越来越高，加上生产规模的扩大，工艺过程变得越来越复杂。常规简单的单回路控制已经无法适应复杂的多变量过程要求，被控对象的多变量与输入量与输出量之间相互关联等这些不利因素导致传统的控制手段精度不高，又进一步导致后续生产控制参数不稳定，产品合格率低，装置效率低下。然而目前实际工业中的控制手段与控制参数完全依赖技术人员经验，不但使生产成本增加，控制效果也很不理想。我国炼油过程控制技术比较落后，能耗居高不下，控制性能差，自动化程度低，很难适应节能减排以及间接环境保护的需求，这其中直接的影响因素之一便是系统的控制方案问题。

发明内容

本发明的目标是针对现有的炼油工业过程系统控制技术的不足，提供一种伴随矩阵解耦预测函数控制方法。该方法弥补了传统控制方式的不足，保证控制具有较高的精度和稳定性的同时，也保证形式简单并满足实际工业过程的需要。

本发明方法首先基于炼油工业过程建立伴随矩阵解耦过程模型，挖掘出基本的过程特性；然后基于该伴随矩阵解耦模型建立预测函数控制回路；最后通过计算预测函数控制器的参数，将过程对象实施预测函数控制。

本发明的技术方案是通过数据采集、过程处理、预测机理、数据驱动、优化等手段，确立了一种炼油工业过程的的伴随矩阵解耦预测函数控制方法，利用该方法可有效提高控制的精度，提高控制平稳度。

本发明方法的步骤包括：

(1)利用炼油工业加热炉过程模型建立伴随矩阵解耦模型，具体方法是：

首先采集炼油工业过程的输入输出数据，利用该数据建立输入输出模型如下：

其中、、分别为输出向量、传递函数矩阵和输入向量；

，，

,,,表示过程的各回路传递函数，和分别为输入、输出变量的拉普拉斯变换，，为拉普拉斯变换算子，为过程的输入输出变量个数，所述的输入输出数据为数据采集器中存储的数据；

进一步对上述方程选取伴随矩阵解耦阵为：

其中，是伴随矩阵解耦阵，为的伴随矩阵。

将上述伴随矩阵解耦阵与过程输入输出模型合并得到：

其中，是得到的解耦过程模型，为的行列式，为以的行列式为元素的对角矩阵。

 

(2)基于该解耦过程模型设计预测函数控制器，具体方法是：

a. 定义该预测函数控制器的预测模型为：

其中 、、分别为预测模型的稳态增益、时间常数和纯滞后时间，为常数。

将上述预测模型加一个零阶保持器离散化后，得到离散预测模型的方程为：

其中，、、分别为离散预测模型的时刻的输出、时刻的输出和时刻的输入，为离散预测模型的系数，，为采样周期，为的整数部分。

b. 定义离散预测模型的输出预测和目标函数的形式为：

其中为目标函数，为时刻离散预测模型的输出预测，为时刻离散预测模型的输入，为当前时刻，为优化时刻，为时刻离散预测模型的预测误差，为时刻离散预测模型的参考轨迹，具体是：

其中，、分别为时刻和时刻离散预测模型的设定值，是离散预测模型的设定值的柔化系数，为时刻的实际过程输出。

c.计算预测函数控制器的参数，具体是：

依据上述离散预测模型的输出预测和目标函数得到控制参数为：

   。

本发明提出的一种炼油工业过程的伴随矩阵解耦预测函数控制方法弥补了传统控制的不足，并有效地方便了控制器的设计，保证控制性能的提升，同时满足给定的生产性能指标。

本发明提出的控制技术可以有效减少理想工艺参数与实际工艺参数之间的误差，进一步弥补了传统控制器的不足，同时保证控制装置操作在最佳状态，使生产过程的工艺参数达到严格控制。

具体实施方式

以焦化加热炉炉膛压力过程控制为例：