先进控制技术现场交流活动报道

一、活动的发起和组织
    中国自动化学会仪表与装置专业委员会（以下简称“学会”）吴斌昌在下基层对“如何根据基层用户的实际需求开展活动”的调研过程中，了解到上海自动化学会和仪表装置专业委员会倪华芳理事和李光华常务委员所在的上海华谊集团对先进控制（APC）技术有兴趣，通过学会委员黄颖了解到上海汉中诺软件科技有限公司在上海石化有实施APC项目的成功经验，并且做到了项目投用一年内收回项目总投资的案例。为此，邀请汉中诺公司从8月中旬开始筹备先进控制技术交流活动，希望通过此次技术交流，使华谊集团的有关工艺自控等技术人员对先进控制（APC）在生产操作上的优化和卡边算法以及装置实施APC后在增加生产负荷、提高产品收率、保证产品质量和节能降耗等方面所取得的应用效果有了更好地了解。在上海华谊魏建华副总、李光华副总工程师、信息中心倪华芳主任、研究院技术发展部唐勇主任以及汉中诺的大力支持和协助下，活动于2010年11月16日在华谊集团研究院举行。上海华谊集团下属6家子公司和科研院所、汉中诺以及自动化学会共21人积极参与了此次技术交流。

二、活动过程和技术总结
    先进控制技术交流活动上午以PPT讲座形式重点介绍了先进过程控制（APC）、软测量技术、ASPEN先进过程控制软件、先进过程控制系统实施策略、成功应用案例和取得的经济效益。下午驱车前往金山，得到了上海石化信息部领导杨景杰副主任和吕燕君高级主管的热烈欢迎，在聆听了上海石化APC实施的总体介绍后，我们到现场听取了丁二烯和乙二醇两套生产装置工艺技术人员应用效果讲解，并参观了先进控制在这两套炼化装置上的实施应用。华谊集团的科技人员普遍反映：通过一天的学习参观了解了基于预测模型的先进控制算法、实施过程中应注意的问题以及控制器投用过程中根据生产具体情况进行工程师站的调节方法，技术重点归纳如下：
    化工过程的非线性、多变量、多约束、多目标、强耦合、大惯性过程、大延迟过程等特点，要求控制方案多样性；被控过程多属慢过程，控制目标多为过程参数，主要的控制形式是给定值控制。在小范围控制中，以PID为主的常规单回路控制模式只要PID参数整定适当，能满足多数基本控制需要。但对于变量众多、相互关系复杂的过程，特别是针对强耦合、大迟延等问题，这种控制很难达到满意的效果；化工过程存在着各种各样的约束，过程的最佳操作点往往在约束的边界上。从整个系统更高的控制要求看，各个单回路之间不能完成自动协调，一方面给操作员带来很大的不便，另一方面不能很好地实现卡边操作，影响了挖潜增效。
    DMC是一种以优化确定控制策略的算法，DMCplus内核是基于模型预测的最优控制器；它的三个基本特征如下。
    1. 预估模型：用模型来预估未来时刻被控制对象的运动规律和被控参数的误差，以之作为确定当前控制作用的依据，使控制策略适应被控对象的存储性。因果性和滞后性，可得到预想的控制效果。
    2. 滚动优化：预估控制是一种最优控制策略，其控制目标是使某项性能指标最小，并采用预估偏差来计算控制作用序列，但只有第一个控制作用序列是实际加以执行的。在下一个采样时刻还要根据当时的预估偏差重新计算控制序列。这种控制作用序列的计算不像最优控制那样一次计算出最优结果，而是按采样时间周而复始地不断进行。
    3. 反馈修正：利用可测信息，在每个采样时刻对被控参数的预估值进行修正，抑制模型失配和干扰带来的误差。用修正后的预估值作为计算最优控制的依据,使控制系统的鲁棒性得到明显提高。
    DMCplus软件中的稳态优化是通过操作变量动作最小化和被控变量误差最小化，沿着最优的动态途径达到最优的稳态目标。与通常的最优控制算法的区别主要表现在预测控制中的优化目标不是一成不变的全局优化目标，而是在每一时刻有一个相对与该时刻的优化性能指标，并反复在线进行的，优化的滚动实施和反馈校正相结合能顾及由于模型失配、时变、干扰等引起的不确定性，及时弥补这些因素造成的影响并始终把新的优化建立在实际过程的基础上，更符合过程控制的特点。
    基于阶跃响应模型的动态矩阵控制(DMC)模型可通过阶跃响应测试或脉冲响应测试得到，不需要考虑模型阶次及结构，过程纯滞后包含在模型中，具有易于表示动态响应不规则的对象特性、通用性强等优点。由于实际存在模型失配、环境干扰等未知因数，所以利用预测模型算出的未来时刻的输出预测值只能接近输出期望值，但不能保证系统未来的实际输出接近期望输出。若不及时利用实时信息进行反馈校正，进一步的优化就会建立在虚假的基础上。如何解决模型失配和环境干扰问题？DMC的做法是反馈校正：在下一个采样时刻，首先检测对象的实际输出并把它与算出的模型预测输出相比较，构成输出误差。这一误差反映了模型中未包含的不确定因素对输出的影响，可采用对误差加权的方式修正对未来输出的预测。
    DMC算法要获得理想的抗干扰性，仍然存在本质的困难。首先，抗干扰性要求对干扰作出快速反应，通常希望由较小的采样周期，但DMC算法采用了非参数模型，在线计算比较复杂,为了使模型阶数不致过高而影响了控制的实时性，往往不能把采样周期取得过小。其次，采用了加权校正方式对预测输出进行校正，不能分辨误差究竟是模型失配还是环境干扰引起的。为了增强对模型失配的鲁棒性，往往难以兼顾对干扰反应的快速性。解决以上矛盾的途径之一是引入分层控制结构，即在DMC层次和DCS或PLC层次采用不同的采样周期分别满足优化计算和快速抗干扰的需求，在保持DMC系统滚动优化和反馈校正的优良跟踪性能和鲁棒性的同时，增强对干扰的抑制能力。

三、活动小结
    通过中国自动化学会委员之间的联系和牵线搭桥，在上海华谊集团和上海汉中诺软件科技有限公司的共同努力下，技术交流活动组织得紧凑有序，大家通过一天的技术交流，收获颇多，同时也为用户和软件代理实施商之间相互学习和相互交流开了个好头，这种由学会组织，供需双方共同支持配合的交流形式值得今后借鉴和推广。

中国自动化学会仪表与装置专业委员会