煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法裝置，其中該方法包括獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器D(s)，對(duì)被控對(duì)象G(s)進(jìn)行解耦，將G(s)轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象針對(duì)廣義對(duì)象設(shè)計(jì)其內(nèi)?？刂破鰿(s)；計(jì)算模糊輸入量，過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸出偏差e(t)和偏差變化率確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)?？刂破鲄?shù)與e(t)和之間的模糊關(guān)系；通過(guò)對(duì)模糊規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)在線修正控制器參數(shù)λi值，修正依據(jù)下式進(jìn)行：λi＝λi0+{Ei,ECi}λi其中，λi0為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波器時(shí)間常數(shù),λi設(shè)定一個(gè)初值，{Ei,ECi}λi表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)λi的在線修正。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)被控系統(tǒng)的全流程自動(dòng)控制，進(jìn)一步更好的抑制干擾。
【專利說(shuō)明】
煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法及裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)前，全國(guó)有1000多套煉油和化工生產(chǎn)裝置，由于化工過(guò)程中反應(yīng)復(fù)雜，在煉油化 工的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，存在自控率低、投入自動(dòng)運(yùn)行的控制回路效果不好、裝置操作工勞動(dòng)強(qiáng)度 大、裝置運(yùn)行不平穩(wěn)等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，眾多科研人員從不同側(cè)面開(kāi)展了各種研究，把 問(wèn)題歸結(jié)為"大時(shí)滯"、"非線性"、"對(duì)象復(fù)雜"、"干擾頻繁"、"PID控制器不好用"等很多方 面，并且提出了眾多的解決方案，但仍然沒(méi)有解決普遍存在的問(wèn)題。特別是對(duì)于其耦合單 元，由于各回路間存在關(guān)聯(lián)作用，簡(jiǎn)單的單回路控制已不能達(dá)到理想的控制效果，工程人員 通常將多變量對(duì)象解耦為獨(dú)立單回路對(duì)象進(jìn)行控制。但常用的解耦方法往往存在解耦器設(shè) 計(jì)復(fù)雜、不能完全解耦、控制效果不理想等問(wèn)題。
[0003] 在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，裝置在根據(jù)市場(chǎng)需求、原料狀況、廠調(diào)度安排等進(jìn)行提量、降量時(shí)，如 果裝置很多回路處于手動(dòng)，需要操作工密集調(diào)整裝置各位置的量:如加熱爐出口溫度、塔的 進(jìn)料及液位、塔回流等，操作工勞動(dòng)強(qiáng)度大、裝置控制精度低、波動(dòng)大，也不利于節(jié)能降耗。 即使在裝置正常操作時(shí)，由于存在手動(dòng)回路較多、部分投入自動(dòng)的回路效果不好、裝置及單 元設(shè)備控制回路不夠合理和完善，操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度也很大，裝置存在波動(dòng)、控制精度較 低、能耗較高。如果實(shí)施全流程的自動(dòng)，就能大幅度降低操作工勞動(dòng)強(qiáng)度、裝置操作平穩(wěn)高 效、能耗得到降低。
[0004] 內(nèi)?？刂谱鳛橄冗M(jìn)控制中的一種新型控制策略，因其具有設(shè)計(jì)原理直觀簡(jiǎn)便，且 易于調(diào)整、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，在復(fù)雜工業(yè)過(guò)程多變量控制中被大量應(yīng)用。但內(nèi)模控制是一種 基于被控對(duì)象模型的控制方法，模型的準(zhǔn)確程度、參數(shù)的變化，都會(huì)直接影響系統(tǒng)性能。而 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)被控對(duì)象參數(shù)往往是時(shí)變的，模型的失配程度因而不斷改變，而且在控制過(guò)程 中總是存在隨機(jī)干擾的，如果采用固定的控制器參數(shù)，控制的精度就難以得到保證。模糊控 制是一種反映人類智慧思維的智能控制，易于處理具有復(fù)雜性、模糊性的受控對(duì)象或系統(tǒng)， 無(wú)需知道被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，只需要提供專家知識(shí)和熟練操作人員的經(jīng)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)操 作數(shù)據(jù)，因而使得其控制機(jī)理和決策易于理解與接收，利于應(yīng)用和推廣。但是模糊控制的精 度受到經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和量化等級(jí)的限制，另外，對(duì)于普通的模糊控制而言，它類似于比例微分的 控制方式，容易產(chǎn)生非零的穩(wěn)態(tài)誤差，所以它屬于有差調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的旨在至少在一定程度上解決上述的技術(shù)問(wèn)題之一。
[0006] 為此，本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提出一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法，該 方法能夠?qū)崿F(xiàn)被控系統(tǒng)的全流程自動(dòng)控制，進(jìn)一步更好的抑制干擾。
[0007] 本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提出一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置。
[0008] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明第一方面實(shí)施例提出了一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制 方法，包括以下步驟:獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器D(S)對(duì) 被控對(duì)象G(s)進(jìn)行解耦，將所述G(s)轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象;針對(duì)所述廣義對(duì)象，設(shè)計(jì) 其內(nèi)模控制器C( s);計(jì)算模糊輸入量，過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸出偏差e (t)和偏差變化率 );確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)?？刂破鲄?shù)與e(t)和?(〇之間的模糊關(guān)系;通過(guò)對(duì)所述模糊 規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)在線修正控制器參數(shù)值，修正依據(jù)下式進(jìn)行： 為=為。+ 其中，λ ι()為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波器時(shí) 間常數(shù)設(shè)定一個(gè)初值，彳表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)λ,的在線修正。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法，設(shè)計(jì)基于相對(duì)增益矩陣 的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行解耦，針對(duì)解耦后的廣義對(duì)象特性設(shè)計(jì)內(nèi)?？?制器，最后利用模糊控制原理，整定控制器參數(shù)，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)被控系統(tǒng)的全流程自動(dòng)控 制，進(jìn)一步更好的抑制干擾。
[0010] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋 解耦補(bǔ)償器D(s)對(duì)被控對(duì)象G(s)進(jìn)行解耦，將所述G(s)轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象具體包括:所 述相對(duì)增益矩陣(RGA)在相互耦合的幾個(gè)控制回路中選擇各通道的被控主回路IVk，即，由 第k個(gè)輸入控制第i個(gè)輸出；所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)的第i行第k列元素 Dlk(s)元素設(shè) 置為1，即Dlk(s) = l;所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)除Dlk(s)以外的元素設(shè)計(jì)為：
，所述控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)，對(duì)所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解 耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，補(bǔ)償后的所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)可表示為：
h保證所述廣義對(duì)象
的相對(duì)增益矩陣3((?的任一元素均不小于零，即> 0其中
[0011] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)，對(duì)所述閉環(huán)動(dòng) 態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償具體包括:計(jì)算~^ 確定廣義系統(tǒng)元素 Hlk (8):巧;(?￡?^?(^_〇)，其中，6 1"8)是611{(8)的最小相位部分，計(jì)算01辦）的時(shí)滯1 (Dij)，進(jìn)而確定解耦器元素 Dij(s): T(Dij) = T(Gij)-T(Hik)。
[0012] 為達(dá)上述目的，本發(fā)明第二方面實(shí)施例提出了一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制 裝置，其特征在于，包括:解耦模塊，用于獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋 解耦補(bǔ)償器D(s)對(duì)被控對(duì)象G(s)進(jìn)行解耦轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象0(4;設(shè)計(jì)模塊，針對(duì)所述廣義 對(duì)象，設(shè)計(jì)其內(nèi)模控制器C(s);控制模塊，計(jì)算模糊理輸入量過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸 出偏差e(t)和偏差變化率?(?)，確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)?？刂破鲄?shù)與e(t)和^>)之間的模 糊關(guān)系，通過(guò)對(duì)模糊規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)在線修正控制器參數(shù)11值，修正依據(jù) 下式進(jìn)行:Λ=為。+{￡；·,五其中，λ1()為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì) 濾波器時(shí)間常數(shù)定一個(gè)初值，丄丨表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)~的在線修 正。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置，解耦模塊設(shè)計(jì)基于相對(duì) 增益矩陣的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行解耦，設(shè)計(jì)模塊針對(duì)解耦后的廣義對(duì) 象特性設(shè)計(jì)內(nèi)?？刂破?，最后控制模塊利用模糊控制原理，整定控制器參數(shù)，該裝置能夠?qū)?現(xiàn)被控系統(tǒng)的全流程自動(dòng)控制，進(jìn)一步更好的抑制干擾。
[0014] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述解耦模塊具體用于:所述相對(duì)增益矩陣在相互耦 合的幾個(gè)控制回路中選擇各通道的被控主回路TV k，即，由第k個(gè)輸入控制第i個(gè)輸出；所述 閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)的第i行第k列元素 Dlk(s)元素設(shè)置為1，即Dlk(s) = l;所述閉環(huán)動(dòng) 態(tài)反饋解耦器D(s)除Dlk(s)以外的元素設(shè)計(jì)為：
所述控制對(duì)象含有 非最小相位部分時(shí)，對(duì)所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，補(bǔ)償后的所述閉環(huán)動(dòng) 態(tài)反饋解耦器D(s)可表示為：
其中，Tik = T(Gik)-Ti， K = ，保證所述廣義對(duì)象I的相對(duì)增益矩陣2((?的任一元素均不小于零，即
[0015] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述解耦模塊還用于:計(jì)算^
，確定廣 義系統(tǒng)元素 Hik(s)
，其中，Gik-(s)是G ik(s)的最小相位部分，計(jì)算Dij (s)的時(shí)滯 T(Dij)，進(jìn)而確定解耦器元素 Dij(s):T(Dij) = T(Gij)_T(Hik)。
[0016] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得 明顯和容易理解，其中，
[0018] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法的流程圖；
[0019] 圖2為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器的解耦控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0020] 圖3為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的模糊控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0023] 下面參考附圖描述本發(fā)明實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法及裝置。
[0024] 圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法的流程圖。
[0025] 如圖1所示，該煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法可以包括：
[0026] S1，獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器D(s)對(duì)被控對(duì)象 G(s)進(jìn)行解耦轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象t
[0027]其中，例如，對(duì)于一個(gè)給定的ηΧη維被控對(duì)象G(s)，系統(tǒng)的RGA為：
[0029] 根據(jù)相對(duì)增益矩陣進(jìn)行回路配對(duì)原則，選擇盡量接近1的回路為最優(yōu)配對(duì)回路， 避免λ^ = 0或λ^<〇的回路進(jìn)行配對(duì)。進(jìn)而可以根據(jù)配對(duì)原則設(shè)計(jì)閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償 器。
[0030] 需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，相對(duì)增益矩陣在相互耦合的幾個(gè)控制回路 中選擇各通道的被控主回路IVk，即，由第k個(gè)輸入控制第i個(gè)輸出；閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D (s)的第i行第k列元素 Dlk(s)元素設(shè)置為1，即Dlk(s) = l;閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)除Dlk(s) 以外的元素設(shè)計(jì)為：
>控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)，對(duì)閉環(huán)動(dòng) 態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，補(bǔ)償后的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)可表示為：
保證廣義對(duì)象
的相對(duì)增益矩陣/4(0)的任一元素均不小于零，
[0031] 需要說(shuō)明的是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)，對(duì)閉環(huán)動(dòng) 態(tài)反饋解耦器D(S)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償具體包括:計(jì)算τ1:
，確定廣義系統(tǒng)元素 Hlk 其中，Glk-(s)是Glk(s)的最小相位部分，計(jì)算D^(S)的時(shí)滯τ (Dij)，進(jìn)而確定解耦器元素 Dij(s): T(Dij) = T(Gij)-T(Hik)。
[0032] 舉例而言，假設(shè)被控對(duì)象是3 X 3的，且經(jīng)過(guò)回路配對(duì)后，最優(yōu)的控制回路為，i =1，2，3，閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)的解耦控制系統(tǒng)方塊圖如圖2所示。由圖2可知，系統(tǒng)變 量滿足如下關(guān)系：
[0033] U(s)=D(s)M(s) (2)
[0034] 其中，
[0038]將該補(bǔ)償器作用到被控制對(duì)象上，得到解耦后的廣義對(duì)象?(Λ-):
[0040]將Dij (s)帶入，并對(duì)D (s)進(jìn)行分解，有：
[0042] 對(duì)D(s)求逆，有
[0043] D_1(s)=G_1(s)Ga(s) (6)
[0044] 其中，
[0046] 進(jìn)而可以得到解耦后的對(duì)象為：
[0048]設(shè)采用閉環(huán)動(dòng)態(tài)解耦反饋解耦裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦補(bǔ)償后的開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)H(s)， 則由補(bǔ)償器的性質(zhì)可知：
[0050]當(dāng)被控對(duì)象包含時(shí)滯部分時(shí)，為了保證Du(S)的可實(shí)現(xiàn)性，其時(shí)滯必需滿足：
[0051 ] r(/>..)>0, V/,/e/7, ?Φ]
[0055] 由閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦裝置的解耦結(jié)構(gòu)分析可知，
[0056] D(s)=H_1(s)G(s) (9)
[0057] T(Dij)可表示為
[0058] τ(〇υ) = τ(6υ)-τ(Η?) (10)
[0059] 要保證VDu) 2 0,只要令H(s)包含控制對(duì)象的最小時(shí)滯即可，即
[0060] τ(Η?) = τ? (11)
[0061] 從而解耦后的對(duì)角元Η?可以表示為：
[0062] Hh(s) = e^G^is) (12)
[0063] 其中Gii-(s)是Gii(s)的最小相位部分。
[0064] 也就是說(shuō)，當(dāng)控制對(duì)象含有最小相位部分時(shí)，為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可實(shí)現(xiàn)性， 必須對(duì)解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，補(bǔ)償后的解耦器D(s)可表示為
[0066] 要實(shí)現(xiàn)多變量系統(tǒng)的解耦控制，不僅要設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的解耦控制器，而且要分析系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。只有在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下設(shè)計(jì)出解耦器，才算完成了現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦控 制。內(nèi)?？刂频男再|(zhì)表明，要想實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的內(nèi)?？刂?，只需要保證兩點(diǎn)即可:一是被控對(duì)象 是穩(wěn)定的，二是所設(shè)計(jì)的內(nèi)?？刂破魇欠€(wěn)定的。由此可知，能夠證明采用類前饋解耦控制作 用后的廣義對(duì)象是穩(wěn)定的，就能保證系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)解耦控制。
[0067] 系統(tǒng)的相對(duì)增益矩陣可以表征系統(tǒng)的任輸入對(duì)其他輸出通道的影響。通常情況 下，我們希望其為各元素均為大于零的對(duì)角占優(yōu)矩陣。若矩陣中的某一元素小于零時(shí)，系統(tǒng) 存在負(fù)耦合通道。當(dāng)我們對(duì)其他回路進(jìn)行開(kāi)、閉環(huán)切換時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致負(fù)耦合通道出現(xiàn)不穩(wěn)定 的現(xiàn)象，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。因此，要保證解耦后的廣義系統(tǒng)的穩(wěn)定 性，我們只需要令的相對(duì)增益矩陣冰的任一元素均不小于零即可。也就是說(shuō)，對(duì)于 々⑷的相對(duì)增益矩陣:
[0069] 只需&>· >〇,便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定控制。
[0070] S2,針對(duì)廣義對(duì)象,設(shè)計(jì)其內(nèi)?？刂破鰿(s)。
[0071] 具體地，Civ) = ()__1〇)尸(^^其中，為|的最小相位部分，F(xiàn)(s)，保證控 制器可實(shí)現(xiàn)的低通濾波器，具有如下形式：
[0073]
，Μ為控制器的唯一可調(diào)參數(shù)，m為相對(duì)階 次。
[0074] 為了保證控制器的可實(shí)現(xiàn)性，m需足夠大。當(dāng)系統(tǒng)解耦為對(duì)角陣時(shí)，就可以按單變 量系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的內(nèi)?？刂破鳌Ｓ汕懊娴姆治隹芍?，解耦后系統(tǒng)的內(nèi)部模型0m為
[0075] =// ⑴二.6??容{好…好2,, ?'.??，好靡} (16)
[0076] 因含有非最小相位部分，所以需要將其分解為最小相位部分和非最小 相位部&+〇?：)。從而得到內(nèi)?？刂破鳛椋?br>[0077] (17)
[0078] 其中^(8)=(1丨&8{?11^22，-_^ 1111}為保證控制器可實(shí)現(xiàn)的低通濾波器，
，:/ = 152.3，λι為控制器的唯一可調(diào)參數(shù)，ηι為相對(duì)階次，為了保證控制器 的可實(shí)現(xiàn)性，m需足夠大。
[0079] 進(jìn)而，可得內(nèi)?？刂破鳛椋?br>[0080] C(s) =diag{Cn(s)，C22(s)，C33(s)} (18)
[0082] S3，計(jì)算模糊理輸入量過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸出偏差e(t)和偏差變化率(:'U)。
[0083] 建立模糊規(guī)則，根據(jù)過(guò)程輸出Y( s)與過(guò)程模型輸出￥?( s)的偏差E( s) = Y( s )_Ym( s) 和偏差變化率EC(s)進(jìn)行在線調(diào)整。
[0084] S4，確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)?？刂破鲄?shù)與e (t)和々(?）之間的模糊關(guān)系。
[0085] S5,通過(guò)對(duì)模糊規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)不斷地在線修正控制器參數(shù)入， 值，修正依據(jù)下式進(jìn)行：為=為〇+{4:,五其中，&為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和 操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波器時(shí)間常數(shù)，\設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)某踔担?盡，Ε? u表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理 計(jì)算后對(duì)μ的在線修正。
[0086]舉例而言，模糊控制器結(jié)構(gòu)如圖3所示。解耦的被控對(duì)象為3條相互獨(dú)立的回路組 成，可以按單變量系統(tǒng)的控制方法設(shè)計(jì)控制器。對(duì)于第i條回路，濾波器參數(shù)的整定根據(jù) 過(guò)程輸出yi與過(guò)程模型輸出W的偏差Ei = yi-ymi和偏差變化率ECi進(jìn)行在線調(diào)整的。對(duì)模糊 控制器的輸入量:偏差Ei和偏差變化率ECi，根據(jù)模糊集理論進(jìn)行七級(jí)語(yǔ)言量化，其語(yǔ)言變量 為{他，匪，吧，2，？3，？1，？8}，分別代表{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小、正中、正大}<^4陽(yáng)(^的隸 屬度函數(shù)選用三角形、Z-型、S-型隸屬度函數(shù)相結(jié)合的形式，論域依據(jù)實(shí)際的被控對(duì)象進(jìn)行 選擇，\的隸屬度函數(shù)取為三角函數(shù)。
[0087] \的初始值λι()和論域的確定基于對(duì)系統(tǒng)的大量仿真，初始值λι()根據(jù)系統(tǒng)的模型失 配程度和魯棒性能分析來(lái)確定，要保證\值不為負(fù)。對(duì)于大時(shí)滯或大慣性時(shí)間常數(shù)的系統(tǒng)， \的初始值Mo應(yīng)取較大值，以保證系統(tǒng)具有較強(qiáng)的魯棒性，開(kāi)始運(yùn)行時(shí)會(huì)比較穩(wěn)定；當(dāng)系統(tǒng) 時(shí)滯或慣性時(shí)間常數(shù)較小時(shí)，X iQ可以取的小一些，以保證系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度。λι的下界 基于系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性分析來(lái)確定，λ的上界基于系統(tǒng)的魯棒性能分析來(lái)確定。在實(shí)際應(yīng)用 中，對(duì)于不同的過(guò)程對(duì)象，還可以通過(guò)改變量化因子來(lái)調(diào)整Μ的論域范圍。
[0088] 調(diào)整λι的模糊規(guī)則建立的依據(jù)是：當(dāng)過(guò)程輸出和過(guò)程模型輸出的偏差Ei和偏差的 變化率ECi很大時(shí)，需要較大的λ!，當(dāng)偏差Ei和偏差的變化率ECi很小時(shí)，需要較小的λ!。然后 通過(guò)大量的仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，最終得到調(diào)整1 1的模糊規(guī)則表，第一列表示Ei，第一行 表示ECi，如表1所示：
[0089]表1模糊控制規(guī)則
[0090]
[0091 ]在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波 器時(shí)間常數(shù)Μ設(shè)定一個(gè)適當(dāng)?shù)某踔郸?()，然后通過(guò)對(duì)模糊規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)不 斷地在線修正Μ值，修正依據(jù)下式進(jìn)行：
[0092] = A,i0 + {Ei^EC.f}
[0093] 式中，表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)\的在線修正。
[0094]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法，設(shè)計(jì)基于相對(duì)增益矩陣 的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行解耦，針對(duì)解耦后的廣義對(duì)象特性設(shè)計(jì)內(nèi)?？?制器，最后利用模糊控制原理，整定控制器參數(shù)，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)被控系統(tǒng)的全流程自動(dòng)控 制，進(jìn)一步更好的抑制干擾。
[0095]與上述實(shí)施例提供的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法相對(duì)應(yīng)，本發(fā)明的一種實(shí) 施例還提供一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置，由于本發(fā)明實(shí)施例提供的煉化裝置耦 合單元的優(yōu)化控制方法與上述實(shí)施例提供的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置相對(duì)應(yīng)，因 此在前述煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法的實(shí)施方式也適用于本實(shí)施例提供的煉化裝 置耦合單元的優(yōu)化控制裝置，在本實(shí)施例中不再詳細(xì)描述。圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的 煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，該煉化裝置耦合單元的優(yōu)化 控制裝置可以包括:解耦模塊10、設(shè)計(jì)模塊20和控制模塊30。
[0096] 其中，解耦模塊10用于獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償 器D(s)對(duì)被控對(duì)象G(s)進(jìn)行解耦轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象6α)。
[0097] 設(shè)計(jì)模塊20用于針對(duì)廣義對(duì)象,設(shè)計(jì)其內(nèi)?？刂破鰿(s)。
[0098]控制模塊30用于計(jì)算模糊理輸入量過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸出偏差e (t)和偏差變 化率與丨），確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)?？刂破鲄?shù)與e(t)和之間的模糊關(guān)系，通過(guò)對(duì)模糊 規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)在線修正控制器參數(shù)Μ值，修正依據(jù)下式進(jìn)行：
[0099] 4 = +
[0100] 其中，λι()為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波器時(shí)間常數(shù)\設(shè)定 一個(gè)初值，彳盡，U表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)~的在線修正。
[0101] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，解耦模塊10具體用于相對(duì)增益矩陣在相互耦合的幾個(gè) 控制回路中選擇各通道的被控主回路!Vk，即，由第k個(gè)輸入控制第i個(gè)輸出；閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋 解耦器D(s)的第i行第k列元素 Dlk(s)元素設(shè)置為1，即Dlk(s) = l;閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s) 除Dlk(s)以外的元素設(shè)計(jì)為
控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)， 對(duì)閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償，補(bǔ)償后的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)可表示為：
'保證廣義對(duì)象合〇)
的相對(duì)增益矩陣/?(0)的任一元素均不小于零，即>〇，
[0102] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，解耦模塊10還用于控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)， 對(duì)閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償具體包括:計(jì)算^
，確定廣義系 統(tǒng)元素 Hik( S)，///λ (.s') = ，其中，Gik-(S)是Gik( S)的最小相位部分，計(jì)算Dij (S)的 時(shí)滯T(Dij)，進(jìn)而確定解耦器元素 Dij(s): T(Dij) = T(Gij)_T(Hik)。
[0103] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置，解耦模塊設(shè)計(jì)基于相對(duì) 增益矩陣的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行解耦，設(shè)計(jì)模塊針對(duì)解耦后的廣義對(duì) 象特性設(shè)計(jì)內(nèi)模控制器，最后控制模塊利用模糊控制原理，整定控制器參數(shù)，該裝置能夠?qū)?現(xiàn)被控系統(tǒng)的全流程自動(dòng)控制，進(jìn)一步更好的抑制干擾。
[0104] 在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)"第一"、"第二"僅用于描述目的，而不能 理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有"第 一"、"第二"的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。
[0105] 在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)"一個(gè)實(shí)施例"、"一些實(shí)施例"、"示例"、"具體示 例"、或"一些示例"等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特 點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不 必須針對(duì)的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任 一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技 術(shù)人員可以將本說(shuō)明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié) 合和組合。
[0106] 盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例 性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述 實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括以下步驟： 獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器D(S)對(duì)被控對(duì)象G(s)進(jìn) 行解耦，將所述G(s)轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象： 針對(duì)所述廣義對(duì)象,設(shè)計(jì)其內(nèi)?？刂破鰿(s); 計(jì)算模糊輸入量，過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸出偏差e(t)和偏差變化率 確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)?？刂破鲄?shù)與e (t)和?(/)之間的模糊關(guān)系； 通過(guò)對(duì)所述模糊規(guī)則的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)在線修正控制器參數(shù)11值，修正依據(jù) 下式進(jìn)行：其中，λι()為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波器時(shí)間常數(shù)，λ,設(shè)定一 個(gè)初值，{￡,，L表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)λι的在線修正。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述獲取基于相對(duì)增益矩陣回路 配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器D(s)對(duì)被控對(duì)象G(s)進(jìn)行解耦，將所述G(s)轉(zhuǎn)化成廣義對(duì) 象具體包括： 所述相對(duì)增益矩陣在相互耦合的幾個(gè)控制回路中選擇各通道的被控主回路TVk，即，由 第k個(gè)輸入控制第i個(gè)輸出； 所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)的第i行第k列元素 Dlk(s)元素設(shè)置為1，即Dlk(s) = l; 所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)除Dlk(s)以外的元素設(shè)計(jì)為：所述控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)，對(duì)所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ) 償，補(bǔ)償后的所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)可表示為：其中， J 保證所述廣義對(duì)象的相對(duì)增益矩陣的任一元素均不小于零其中，3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化控制方法，其特征在于，所述控制對(duì)象含有非最小相位部 分時(shí)，對(duì)所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償具體包括： 計(jì)算Ti:確定廣義系統(tǒng)元素 Hlk(s):其中，Gik-(s)是Gik(s)的最小相位部分， 計(jì)算Di」(s)的時(shí)滯τ(D^)，進(jìn)而確定解耦器元素 Di」(s): T(Dij) = T(Gij)-T(Hik)〇4. 一種煉化裝置耦合單元的優(yōu)化控制裝置，其特征在于，包括： 解耦模塊，用于獲取基于相對(duì)增益矩陣回路配對(duì)的閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦補(bǔ)償器D(s)對(duì)被 控對(duì)象G (s)進(jìn)行解耦轉(zhuǎn)化成廣義對(duì)象 設(shè)計(jì)模塊，用于針對(duì)所述廣義對(duì)象00；)，設(shè)計(jì)其內(nèi)?？刂破鰿(s); 控制模塊，用于計(jì)算模糊理輸入量過(guò)程輸出與過(guò)程模型輸出偏差e (t)和偏差變化率 ?(〇,確定模糊規(guī)則，得到內(nèi)模控制器參數(shù)與e(t)和?〇)之間的模糊關(guān)系，通過(guò)對(duì)模糊規(guī)則 的分析、處理、查表和運(yùn)算來(lái)在線修正控制器參數(shù)Ai倌，修正依據(jù)下式進(jìn)行：其中，λι()為根據(jù)對(duì)象模型參數(shù)的辨識(shí)結(jié)果和操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)濾波器時(shí)間常數(shù)\設(shè)定一個(gè) 初值，表示經(jīng)過(guò)模糊邏輯推理計(jì)算后對(duì)λι的在線修正。5. 如權(quán)利要求4所述的優(yōu)化控制裝置，其特征在于，所述解耦模塊具體用于： 所述相對(duì)增益矩陣在相互耦合的幾個(gè)控制回路中選擇各通道的被控主回路TVk，即，由 第k個(gè)輸入控制第i個(gè)輸出； 所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)的第i行第k列元素 Dlk(s)元素設(shè)置為1，即Dlk(s) = l; 所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)除Dlk(s)以外的元素設(shè)計(jì)為：所述控制對(duì)象含有非最小相位部分時(shí)，對(duì)所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ) 償，補(bǔ)償后的所述閉環(huán)動(dòng)態(tài)反饋解耦器D(s)可表示為：- lr\ 其中，Tik=T(Gik)_Ti，r = n r(G/) 保證所述廣義對(duì)象的相對(duì)增益矩陣的任一元素均不小于零，% >〇,其中， ^=r/..(0)?[6'~l：())]y〇6. 如權(quán)利要求5所述的優(yōu)化控制裝置，其特征在于，所述解耦模塊還用于： 計(jì)算Ti: J- 確定廣義系統(tǒng)元素 Hlk(s):其中，Gik-(s)是Gik(s)的最小相位部分， 計(jì)算Di」(s)的時(shí)滯τ(D^)，進(jìn)而確定解耦器元素 Di」(s): T(Dij) = T(Gij)-T(Hik)〇
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK105867125SQ201610213414
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月7日
【發(fā)明人】杜國(guó)盛, 張強(qiáng), 唐匯云, 陳曉光, 杜永智, 趙東海, 張濱, 劉建暉, 任忠, 宋壽康, 楊曉理, 張霞, 邊廷功, 楊健, 王光, 楊帆, 康漢宇, 粟維清, 劉學(xué)彬, 譚碩, 張劍, 楊同民, 劉來(lái)印, 包生偉, 平傳寶, 謝暉, 周星, 曹書劍, 靳其兵
【申請(qǐng)人】中國(guó)中化股份有限公司, 中化泉州石化有限公司, 北京國(guó)控天成科技有限公司