先进过程控制
第八章先进过程控制系统
预测步长：优化所顾及的时段
J =
ω i [ y p ( k + i ) y r ( k + i )]2 ∑
i =1
P
非负加权系数，表示未来各采样时刻 的偏差在目标函数J中所占的比重
8.1 预测控制---控制算法
当P和L不等于1时，选取目标函数为：
J = YP (k ) Yr (k )
+ U 2 (k ) Q
预测长度P、控制长度L等参数的选取会对算法性能产生影响 1）预测长度P要求必须覆盖整个响应曲线的主要部分。P值大，预 测控制系统的鲁棒性越强，但动态响应变差，计算量和存储容量也 相应增大；P值大，对干扰的鲁棒性变差。通常，选取P=2L。 2）控制长度L值大，控制灵敏度高，系统稳定性和鲁棒性变差，计 算量和存储容量也相应增大；L值小，控制机动性差，控制灵敏度 差。通常，选取L在10以下。 3）控制加权矩阵R和误差加权矩阵Q应该同时加以考虑。R用于降低 控制作用的波动，使控制作用平稳变化。通常，R取较小的数值。
a1 0 0 aN aN1 a3 a2 a a 0 0 a a a 1 N 4 3 A2 = 2 A = 1 aP aP1 a1 P×P 0 0 aN aP+1P×(N1)
阶跃响应曲线
8.1 预测控制---预测模型
预测模型依赖于过程的内部特性，而与过程在k时刻的实际输出无 关，所以是基于非参数模型的开环预测模型。 采用反馈修正的方法对上述开环预测模型进行修正。
A( q 1 ) = I + A1q 1 + A2 q 2 + + An q n , Ai ∈ R n×n
B ( q 1 ) = B0 + B1 q 1 + B2 q 2 + + Bm q m , Bi ∈ R n× n
化工仪表自动化 第8章_先进控制系统介绍!!
8.1.3软测量模型建立
建模方法有机理建模、经验建模及两者结合等方法。
机理建模是从内在物理和化学规律出发，通过物料 平衡、能量平衡和动量平衡建立模型。可充分利用过 程知识，依据过程机理，有较大的适用范围。 经验建模是通过实测或依据积累的操作数据，采用 数学回归方法或神经网络等方法得到经验模型。 软测量模型选择时，还应考虑模型的复杂性，以及 在实际系统硬件、软件平台的可实现性。 静态线性模型实施成本较小，神经网络模型所需计 算资源较多。
2
先进过程控制(APC，Advanced Process Control)技术，是指不同于常规PID，具有 比常规PID控制更好控制效果的控制策略的 统称。
先进控制的任务，用来处理那些采用常规控 制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程 控制问题。
3
8.1软测量技术
过程控制中有时需对一些与产品质量相关的变量 进行实时控制和优化，这些变量往往是密度、浓度、 干度等质量变量，由于技术或经济原因，很难通过 传感器进行测量。
预测模型加反馈校正过程，使预测控制具有很强的抗 扰动和克服系统不确定性的能力。
27
(3)滚动优化
预测控制是一种优化控制算法，通过某一性能指标的 最优化来确定未来的控制作用。
采用滚动式的有限时域优化策略。即优化过程不是一 次离线完成的，而是反复在线进行的，在每一采样时刻， 优化性能指标只涉及从该时刻起到未来有限时间，而到 下一个采样时刻，这一优化时段会同时向前推移。
第8章 先进控制系统介绍
3 1 2 3 4 3 5 6
软测量技术
时滞补偿控制 解耦控制
预测控制
自适应控制
模糊控制
1
第8章 先进控制系统
8.0 概述
先进过程控制(APC)
先进过程控制（APC）随着我国经济体制的转变，国内的众多石化企业日益感受到国际间竞争所带来的活力和挑战。
因此，积极开发和应用先进控制和实时优化，提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战重要对策。
先进过程控制是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。
由于先进控制的内涵丰富，同时带有较强的时代特征。
因此，至今对先进控制还没有严格的、统一的含义。
尽管如此，先进控制的任务都是明确的，即用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。
先进控制应用得当可带来显著的经济效益。
在石化工业中，一个先进控制项目的年经济效益在百万元以上，其投资回收期一般在一年以内。
丰厚的回报而引入注目。
通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而将生产装置推至更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等目的。
从60年代初现代控制理论迅速发展以来，出现了一系列的优化控制和多变量控制算法，以及更晚些时候出现的自适应控制算法和鲁捧控制算法等，这些都属于先进控制。
人们曾经希望开创一户现代控制理论应用的新时代，但自70年代以来，理论成果虽多，在过程控制的应用却不理想，原因有两个方面：（1）模型问题。
像高斯干扰下的线性二次型控制（LQG）等现代控制理论的杰作都是基于模型的算法。
尽管建模技术已有很大发展，白色、黑色、灰色的方法都有，但精确可靠的动态数学模型依然难得。
对象往往具有不确定性，使精确建模无法做到。
（2）认识问题。
一个装置的控制，有各种可供选择的策略和算法，如果你的算法能得到合格的结果，那还要问一问，你的算法是否比其他算法更好？同时，控制效果即使提高，是否能产生实际效益？这样一比，许多新算法的优越性都不见了。
第8章 先进过程控制技术
K0
T0s 1
K0 K '0
因为 e(t) L1{E(s)} y(t)
K0
K0 K '0
将式（6）代入式（3），可得
J 2 e(t) y(t) dt 2 e(t) y(t)dt
K0
K '0
K '0
将式（7）代入式（2），可得
dA' 1
dt Ti e(t) y(t)dt
式中：
Ti
K '0
态观测、最优控制等一系列多变量控制系统的设计
方法，对自动控制技术的发展起到了积极的推动作
用。但在生产过程控制中的应用却没有收到预期的
效果。这是因为：1、现代控制理论的设计方法必
须依据被控过程准确的数学模型，但生产过程往往
难以用简单而精确的数学模型描述；2、有些过程
具
有
过程控制系统与仪表 第8章
非线性、时变性、耦合性和不确定性等特点，即使做 了大量简化得到线性定常模型，并求出某些高等控制 策略，但由于这些控制策略的结构和算法往往十分复 杂，在实施中难以准确实现而无法达到预期的效果。
（11）
s
式（11）只需要一个乘法器和一个积分器就可构成，
也可由外接积分反馈的PI调节器来实现。
过程控制系统与仪表 第8章
二、纯时延时间变化模型参考自适应控制
在生产过程中，负荷变化常常表现出纯时延特性的变
化。系统的操作周期与纯时延时间 0有关， 0的变化会
引起操作周期的变化，而操作周期的变化会引起调节
dA' J
dt
T0
（17）
E(s) T0
M (s)K0e0s (T0s 1)2
s s Y(s) T0s 1
先进过程控制策略
先进过程控制策略先进过程控制是一种用来实时监测和控制工业过程的高级自动化技术。
它借助传感器和仪器设备，对过程中的变量进行连续测量，并通过反馈控制算法实时调整操作参数，使工业过程达到最佳运行状态。
下面将介绍几种常见的先进过程控制策略及其应用。
1. 模型预测控制（MPC）：模型预测控制是一种先进的多变量控制策略，它通过建立数学模型来预测过程的未来行为，并根据预测结果调整控制变量。
MPC的核心思想是优化控制，它可以应用于许多复杂的工业过程，如化工、电力、水处理等。
MPC的优势在于处理非线性、多变量、时变系统时具有良好的性能。
2. 自适应控制：自适应控制策略根据过程的实时变化，自动调整控制器的参数以适应不同的工况。
自适应控制可以通过基于模型的方法，如最小二乘法和最小均方误差法，以及基于模型无关的方法，如自适应控制器和自适应观测器实现。
自适应控制可以提高系统的鲁棒性和稳定性，并具有更好的适应性。
3. 模糊控制：模糊控制策略利用模糊逻辑理论处理过程中模糊、不确定和非精确信息，通过模糊推理和模糊规则来实现控制。
模糊控制对于工业过程中难以建立准确模型的情况有很好的适应性，能够应对不确定性和模糊性。
它在许多表现模糊性的应用场景中广泛使用，如温度、湿度、压力等。
4. 预测控制：预测控制是一种基于过程模型的控制策略，通过预测过程变量的未来行为来决策当前的控制动作。
预测控制方法包括动态矩阵控制、广义预测控制和模型参考自适应控制等。
预测控制以期望响应为目标，可以提供较好的跟踪性能和鲁棒性。
5. 优化控制：优化控制是通过数学优化方法来实现最佳操作的一种策略。
优化控制算法可以利用物理模型和过程数据来计算最佳操作参数。
常用的优化算法包括线性规划、非线性规划和模型参考自适应控制等。
优化控制能够提高系统的经济性和效率。
除了以上几种常见的先进过程控制策略，还有一些其他的控制策略如模糊神经网络控制、遗传算法控制等，这些策略在不同的工业场景中有不同的适用性和优势。
先进过程控制系统简介[1]
![先进过程控制系统简介[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/8ef12020192e45361066f5dc.png)
人工神经网络的自动控制：无可比拟的优势
大规模的复杂系统 可提供大量可调变量 极力模仿所描述的对象 实现了并行处理机制 全部神经元集体参与计算，具有很强的计算能力 和信息处理能力 信息分布储存，提供联想、全息记忆的能力 网络拓扑结构具有很大的可塑性，提供了很高的 自适应能力 提供了高度的容错能力 提供了系统自组织能力和协同的潜力等
控制策略和控制算法的发展： 控制策略和控制算法的发展： 简单控制系统 复杂控制系统 先进控制系统
2、自适应控制系统 自适应控制系统
基本概念 自适应控制系统是指能够适应被控过程 参数的变化， 参数的变化，自动地调整控制的参数从而 补偿过程特性变化的控制系统。 补偿过程特性变化的控制系统。 自适应控制系统的适用对象： 自适应控制系统的适用对象：非线性的 工业对象和非定常而具有时变特性的工业 对象。 对象。 自适应控制系统的工作特点：辨识、决 自适应控制系统的工作特点：辨识、 策、控制
基本思想类似：采用工业过程中较容易得 到的对象脉冲响应或阶跃响应曲线，把它 们在采样时刻的一系列值作为描述对象动 态特性的信息，从而构成预测模型。
5、模糊控制系统 、
Model Predictive Heuristic Control, 美国控制理论学者查得于1965年创立模糊 集全理论。 英国马丹尼于1974年建立模糊控制器 定量的精确现象王国→定性的不精确王国
神经网络已渗透到自动控制各个领域：
系统辨识 控制器设计 优化计算 控制系统的故障诊断与容错等
先进过程控制系统简介
1、概述 概述
控制系统体系结构发展阶段： 控制系统体系结构发展阶段： 第一阶段：气动控制系统（简称PCS） Pneumatic Control System 第二阶段：电动模拟控制系统（简称ACS） Analogy Control System 第三阶段：集中式计算机控制系统（简称CCS） Centralized Control System 第四阶段：分布式计算机控制系统（简称DCS） Distributed Control System 第五阶段：现场总线网络控制系统（简称FCS） Fieldbus Control System FCS系统：21世纪的主流
先进过程控制(APC)
3、反馈校正
预测控制算法在进行滚动优化时，优化的基点应与系统实际一致。但作为基础的预测模型，只是对象动态特性的粗略描述，由于实际系统中存在的非线性、时变、模型失配、干扰等因素，基于不变模型的预测不可能和实际情况完全相符，这就需用要用附加的预测手段补充模型预测的不足，或者对基础模型进行在线修正。滚动优化只有建立在反馈校正的基础上，才能体现出其优越性。因此，预测控制算法在通过优化确定了一系列末来的控制作用后，为了防止模型失配或环境干扰引起控制对理想状态的偏离，并不是把这些控制作用逐一全部实施，而只是实现本时刻的控制作用。到下一采样时刻，则首先检测对象的实际输出，并利用这一实时信息对基于模型的预测进行修正，然后再进行新的优化。
二、自整定控制
自整定控制能适应过程特性，整定出较理想的PID参数值，保证工艺参数的自调精确度。目前已商品化的自整定控制器主要采用临界振荡法，其自整定工作过程是这样的：当控制器设置AT（自整定）为ON时，控制器启动自整定，Bang-Bang控制开始起作用，使被控对象输出产生类似正弦波的等幅振荡,并且振荡幅度控制在设定值上下波动允许范围内；从所得到的振荡曲线中计算出临界振荡周期Tc和临界增益Kc，再用ziegler-Nichols分式求出一组较佳的PID参数，然后把这组参数值送至PID算法块；当控制的设置AT为OFF时，自整定结束，控制器投入正常调节运行。目前，自整定控制器已在石化过程控制中得到普通应用。
apc先进控制应用场景
apc先进控制应用场景APC（先进过程控制）是一种应用于工业生产过程中的先进控制技术，它能够实时地监测和调整生产过程的各项参数，以提高生产效率、降低能耗和减少产品质量变异。
APC技术的应用场景非常广泛，下面将从工业生产的不同领域来介绍几个典型的APC应用场景。
在石油化工行业，APC技术被广泛应用于炼油、化工和石化生产过程中。
例如，在炼油厂中，通过对生产过程中的温度、压力、流量等参数进行实时监测和调整，APC系统能够自动控制反应器的温度和压力，以提高产品的质量和产量，并减少能耗。
在化工生产中，APC系统可以优化反应过程的控制策略，使得产品的纯度和收率达到最佳状态。
在石化生产中，APC系统可以控制裂解炉的温度和反应物料比例，以提高乙烯和丙烯的产量。
在电力行业，APC技术被应用于发电厂的燃煤锅炉控制。
燃煤锅炉的燃烧控制涉及到燃料供给、空气供给、炉内温度分布等多个参数的调节。
通过使用APC系统，可以实时地监测和调整这些参数，以实现燃烧的稳定和高效。
同时，APC系统还可以根据不同负荷的需求，自动调整锅炉的运行模式，以提高燃煤锅炉的运行效率和降低污染物的排放。
在制药行业，APC技术可以应用于药物生产过程的控制。
药物生产过程中，温度、压力、pH值等参数的控制对于药物的质量和收率至关重要。
通过使用APC系统，可以实时地监测和调整这些参数，以控制反应的进程和产物的质量。
同时，APC系统还可以根据生产需求，自动调整反应的工艺参数，以提高药物生产的效率和稳定性。
在钢铁行业，APC技术可以应用于高炉和转炉的控制。
高炉和转炉是钢铁生产过程中的关键设备，其燃烧过程和冶炼过程对于钢铁的质量和产量有着重要影响。
通过使用APC系统，可以实时地监测和调整高炉和转炉的温度、氧气含量、燃料供给等参数，以控制燃烧的稳定和冶炼的效果。
同时，APC系统还可以根据不同的钢种和规格要求，自动调整冶炼的工艺参数，以提高钢铁的质量和生产效率。
除了以上几个典型的应用场景，APC技术还可以应用于化肥生产、食品加工、纸浆造纸等多个领域。
1 第1章 先进控制概述
第三节 先进控制的特点
项目 是否需要模型？ SISO or MIMO 控制目标 质量指标控制方案 常规控制 不需要 SISO 给定值 间接 先进控制 需要 MIMO 给定值或区域 直接 否
可否实施在线优化？ 可
实施平台
DCS
上位机或DCS
第三节 先进控制的特点
先进控制层次结构
常规PID控制：操纵变量是调节阀，被控变量一 般是流量、温度、压力、液位 先进控制：先进控制的操纵变量是常规PID控制 的被控变量，先进控制的被控变量有的是产品质 量，其它仍然是温度和压力等PID的被控变量， 但这时温度和压力等往往是区间约束控制 在线优化：在线优化的操纵变量则是先进控制系 统的被控变量
第三节 先进控制的特点
(1) 先进控制是一种基于模型的控制策略，如模型预测 控制、软测量技术等 (2) 先进控制通常处理复杂的多变量过程控制问题，如 大时滞、多变量耦合、约束控制等，先进控制是建立 在常规PID控制之上的动态协调约束控制，可使控制 系统适应实际工业生产过程动态特性和操作要求 (3) 先进控制必须借助计算机来实现，需要足够的计算 能力，数据处理与传输、模型辨识、控制率的计算、 控制性能的评价均依赖于计算机
投资偿还期：不到 1 年
第五节 先进控制的经济效益
国内情况
催化裂化装置，年处理量120万吨，￥500万/年以 上，回收期0.5年 常减压装置，年处理量250万吨，￥400万/年以上， 回收期0.5年 乙烯装置，乙烯年产量15万吨
裂解炉：￥800万/年以上 回收系统精馏部分：￥200万/年以上 回收系统乙炔加氢部分：￥400万/年以上
本科生课程→先进控制→研究生课程
先进过程控制策略
先进过程控制策略先进过程控制（APC）是基于先进的算法和策略，对工业过程进行实时监测、优化和控制的一种技术。
APC技术能够提高生产过程的稳定性、能源效率和产品质量，减少生产成本和环境污染。
本文将介绍几种常用的APC策略和相关方法。
1. 模型预测控制（Model Predictive Control, MPC）MPC是一种基于数学模型的预测控制方法。
其核心思想是建立一个数学模型来描述工业过程，并通过优化方法对未来一段时间内的状态进行预测。
在控制过程中，MPC会优化控制变量的赋值，以使预测的过程状态尽可能接近预设目标。
MPC具有较强的鲁棒性和灵活性，适用于复杂的工业过程控制。
2. 多变量控制（Multivariable Control）多变量控制是指对多个输入和输出变量进行联合优化和控制。
相比于传统的单变量控制，多变量控制能够考虑不同变量之间的相互影响，提供更全面的控制策略。
多变量控制方法包括传统的PID控制、线性二次调节控制（LQR）以及先进的模型预测控制。
3. 最优控制（Optimal Control）最优控制是通过优化方法寻找最佳控制策略的一种方法。
最优控制目标包括最小化能耗、最大限度地提高生产质量和产量等。
最优控制方法可以通过建立系统的数学模型，利用最优化算法来寻找最佳控制策略。
4. 自适应控制（Adaptive Control）自适应控制是一种能够根据系统变化自动调整控制参数的控制策略。
自适应控制方法可以通过对系统进行实时建模和参数估计，来调整控制策略以适应系统的变化。
自适应控制常用于对复杂、非线性和变化的系统进行控制。
5. 鲁棒控制（Robust Control）鲁棒控制是一种能够在系统参数变化或外部扰动的情况下保持控制性能的控制策略。
鲁棒控制方法通过对不确定性进行建模，并采用鲁棒优化技术来设计系统的稳定性和鲁棒性。
总之，先进过程控制策略是应用先进的算法和方法来对工业过程进行实时优化和控制。
第8章 先进过程控制技术
过程控制系统与仪表 第8章
模型算法控制的结构包括内部模型、反馈校正、 滚动优化、参考轨迹四个环节。具体的模型算法可分 为单步模型算法、多步模型算法、增量模型算法和单 值模型算法等多种算法控制。下面以多步模型算法控 制为例，说明各个环节的算法和整个系统的工作原理。 1．内部模型 对于有自衡特性的 对象，模型算法控制采 用单位脉冲响应曲线作 为内部模型。如图8.4所 示。
2 i 2
2 x i yi xi xi yi
b
n x xi
2 i
2
将k和b代入拟合直线方程，即可得到拟合直线，然后 求出残差的最大值Lmax即为非线性误差。 22
过程控制系统与仪表 第8章 例题：测得某检测装置的一组输入输出数据如下： X 0.9 2.5 3.3 4.5 5.7 6.7 y 1.1 1.6 2.6 3.2 4.0 5.0 试用最小二乘法拟合直线
过程控制系统与仪表 第8章
3．参考轨迹 模型算法控制的目的是使输出y(k)沿着一条事先规 定好的曲线逐渐达到给定值r，这条指定曲线称为参考 轨迹yr。通常参考轨迹采用从现在时刻k对象实际输出 值y(k)出发的一阶指数曲线。yr在未来k 十i时刻的数值 为 yr ( k ) = y ( k ) yr ( k+i ) = ari y (k) + ( 1 - ari ) r （8.5） 采用这种参考轨迹，将会减小过量的控制作用，使 系统输出能平滑地到达设定值r；参考轨迹的时间常数 T0越大，αr值也越大，yr越平滑，系统的柔性越好，鲁 棒性也越强，但控制快速性也会降低。
y kx b, i yi (kxi b) k n xi y i xi y i n x ( xi )
2 i 2
1.先进控制理论的介绍
1.先进控制理论的介绍什么是先进控制先进过程控制先进过程控制（Advanced Process Control）是指区别与常规的PID控制，并具有⽐常规PID控制效果控制的控制策略，并不专指某种计算机控制算法。
如预测控制，解耦控制，最优控制，⾃适应控制，鲁棒控制，模糊控制，智能控制，推理控制等。
实施先进控制的最终⽬的是，使装置在接近其约束边界的条件下运⾏，增强装置运⾏的平稳性，减⼩运⾏波动，保证产品质量的均匀性，提⾼⽬标产品的收率，提⾼装置的负荷，降低波动造成的运⾏成本，减少环境污染。
变量分类序号变量分类描述1被控变量（CV）被控变量是装置⽣产要保证在⼯艺范围内的⼀些指标。
被控变量(状态与⼲扰的函数)，分为给定点与区域控制等。
2操作变量（MV）操作变量是控制器对装置进⾏调整的途径和⼿段。
3前馈变量（FV）前馈变量是不受控制器控制，但对被控变量有⼲扰的可测量变量，例如来⾃控制器上游的变量。
4状态变量（SV）能够完全描述动态系统时域⾏为的所含变量个数最少的变量组称为系统的状态变量。
先进控制的主要特点1. 以现代理论为基础系统辨识（最⼩⼆乘法为基础）最优控制（极⼤值原理和动态规划⽅法）最优估计（卡尔曼滤波理论）2. 以模型为基础，处理多变量控制问题通常⽤来处理复杂的多变量控制问题，⽐如⼤时滞，强耦合，存在变量约束等是建⽴于常规单回路控制之上的动态协调约束控制对⼯况变化有较好的适应性模型类型：传递函数，状态控件模型建模⽅法：机理建模，预测建模3. 借助于计算机来实现数据处理与传输，模型辨识，控制规律的计算，控制性能的监控，整体系统的监视（包括统计计算，各种图形显⽰）均依赖于计算机来实现。
产⽣背景PID控制系统能解决80%左右的⼯业控制问题，随着现代控制理论的⽇益成熟，⽣产向着⼤型化，复杂化，⽅向发展，尤其是⾯对⾮线性，强耦合，⼤滞后系统。
PID控制难以满⾜苛刻的约束调价年和⾼质量的控制要求。
为了能满⾜这些要求，先进控制应运⽽⽣。
先进过程控制
先进过程控制先进过程控制（Advanced Process Control，简称APC）是指采用先进的控制策略和技术，对工业过程进行优化和改进的一种控制方法。
它通过实时监测和分析工业过程的关键参数，预测未来过程变量的发展趋势，并基于此提供精确的控制策略，以实现过程的稳定性、高效性和可靠性。
APC是一种动态的控制方法，它可以根据过程的实际情况自动调整控制策略，以应对外部环境的变化和内部工艺的波动。
它与传统的PID控制相比，具有更强的自适应性和鲁棒性，并且可以更好地适应复杂多变的工艺过程。
APC的主要特点包括以下几个方面：1.高级控制策略：APC采用更复杂的控制算法，如模型预测控制（MPC）和优化控制等，可以实现更精确和高效的控制。
这些高级控制策略能够提供更好的响应速度、鲁棒性和平滑性，从而提高过程的稳定性和可控性。
2.多变量控制：APC可以同时考虑多个过程变量之间的相互关系，通过系统建模和模型识别技术，实现多变量的优化和协调控制。
这种多变量控制能够更好地解决过程中的相互干扰和交叉耦合问题，提升整体控制效果。
3.先进的优化算法：APC使用先进的优化算法，通过对工艺系统的优化建模和参数估计，找到最优的控制策略和操作参数，以实现最大程度的工艺效益。
这种优化算法可以同时考虑多个目标和约束条件，从而在满足过程要求的前提下，提供最佳的操作方案。
4.实时监测和诊断：APC能够实时监测和诊断工艺过程的异常情况和故障原因，提供精确的故障诊断和预警。
通过这种实时监测和诊断，可以及时发现和解决问题，避免生产事故和质量问题的发生。
APC在工业生产中有着广泛的应用。
它可以应用于化工、石油、电力、钢铁、电子等多个行业的过程控制中，以提高生产效率、产品质量和资源利用率。
1.过程优化控制：APC可以对工艺过程的关键参数进行实时监控和优化调整，以实现最佳的工艺操作。
通过对工艺过程进行建模和优化，可以降低能源消耗、提高生产效率和产品质量。
先进过程控制技术在化工行业的应用前景如何
先进过程控制技术在化工行业的应用前景如何在当今高度工业化的时代，化工行业作为国民经济的重要支柱产业，一直在不断追求提高生产效率、产品质量、安全性以及降低成本和环境影响。
先进过程控制技术（Advanced Process Control，APC）的出现和发展，为化工行业带来了新的机遇和挑战。
那么，先进过程控制技术在化工行业的应用前景究竟如何呢？先进过程控制技术是一种基于模型、优化算法和实时数据的控制策略，旨在提高化工生产过程的稳定性、可控性和经济性。
它与传统的控制方法相比，具有更强的适应性和优化能力，可以处理复杂的多变量、非线性和时变系统。
在化工生产中，许多过程都具有高度的复杂性和不确定性。
例如，化学反应的速率和选择性受到多种因素的影响，如温度、压力、反应物浓度、催化剂活性等。
传统的控制方法往往难以精确地控制这些变量，导致生产过程的波动和产品质量的不稳定。
而先进过程控制技术通过建立精确的数学模型，可以对这些复杂过程进行准确的预测和控制，从而有效地提高生产效率和产品质量。
先进过程控制技术在化工行业的应用领域非常广泛。
在石油化工领域，它可以用于优化炼油过程中的分馏塔、催化裂化装置等，提高油品的质量和收率。
在化学制药领域，它可以用于控制药物合成过程中的反应条件，保证药品的纯度和活性成分的含量。
在聚合物生产领域，它可以用于控制聚合反应的温度、压力和物料配比，生产出具有特定性能的高分子材料。
随着化工行业的不断发展和市场竞争的日益激烈，企业对于提高生产效率和降低成本的需求越来越迫切。
先进过程控制技术可以通过优化生产过程，减少原材料的消耗和能源的浪费，从而降低生产成本。
同时，它还可以提高设备的利用率和生产能力，增加企业的经济效益。
此外，环保要求的日益严格也推动了先进过程控制技术在化工行业的应用。
通过精确控制生产过程中的污染物排放，可以有效地减少对环境的污染，实现化工行业的可持续发展。
然而，尽管先进过程控制技术在化工行业具有广阔的应用前景，但在实际应用中仍然面临一些挑战。
先进过程控制策略
先进过程控制策略先进过程控制策略是指在过程控制的基础上，采用了更加智能、灵活、高效的控制方式和技术手段，以提高生产线的自动化水平，优化产品质量与产量，减少能耗与废品率等生产目标。
本文将介绍其中常见的几种先进过程控制策略。
一、模型预测控制 (MPC)MPC 是一种基于数学模型的高级控制技术，将系统动态行为建模，以预测未来的生产趋势，并依据目标函数决策出所需控制动作实现计划内的优化效果。
在MPC的控制框架中，常采用优化算法对操作变量做限制，从而兼顾生产和质量等多方面的要求。
例如，在玻璃生产过程中，MPC策略能实时在线控制窑炉燃烧、温度、氧含量等因素，并使玻璃质量优秀且耗能降低。
二、二次控制二次控制是将传统简单的 PID 控制器与 Long Term Process Data (LTPD) 相结合，形成的一种高级控制策略。
二次控制能通过缩小偏差来达到更好的质量控制效果，并可对独立的操作变量建立可视化数学模型以进行优化和预测。
同样的，二次控制在生产过程中也有广泛的应用，如电压和流量控制。
三、过程协同控制过程协同控制 (PPC) 是指多个设备互相协作共同实现生产目标，通过完成生产计划中的各个阶段以满足产量、质量、成本和能效等多重核心要求。
在生产过程中，PPC策略需要对生产线中每个单元进行分析，以使整体计划更具合理性，并通过流程模拟、生产调度和智能调节优化生产线的运转变得更加自动化、可靠和高效。
四、优化控制优化控制是基于生产计划和控制对象，通过分析生产过程中的关键控制因素，从而选择最佳的控制方案，以达到最高的效益和最小的能耗的高级控制策略。
优化控制在制药、化工以及流程优化等领域中应用广泛，其中最为显著的运用是在精细化炼油过程中，以及工业污水的处理过程中。
以上四种先进过程控制策略在实现智能化生产方面都有各自的优劣。
在实际应用中需要根据生产类型和规模做出选择，以实现更优质、低成本以及灵活的生产效果。
专职apc名词解释
专职apc名词解释APC是Advanced Process Control的缩写，中文名为先进过程控制。
它是一种在工业自动化中广泛使用的技术，旨在提高生产过程的效率、稳定性和可重复性。
APC的主要目标是通过优化和调整生产过程的参数，使得产品的质量得到提高，同时最大程度减少生产过程中的能源和原材料的浪费。
通过实时监测和反馈控制，APC系统能够快速响应和调整产线的各种参数，以确保生产过程稳定和高效。
APC所应用的技术包括了多种控制算法、传感器和计算系统。
其中最常见的控制算法有模型预测控制（MPC）、比例积分微分控制（PID）等。
这些算法能够根据输入的过程变量和目标变量进行计算和优化，以实现最佳的控制效果。
APC系统还需要借助传感器来实时收集和监测生产过程中的各种参数数据，例如温度、压力、流量等。
这些数据将传输至计算系统进行分析和反馈，从而实现对生产过程的精确控制。
通过APC系统的应用，企业可以实现以下好处：1. 提高生产效率：APC系统能够动态调整生产过程的参数，提高生产效率和产能，减少生产周期。
2. 优化生产质量：APC系统能够实时监控和调整生产过程的参数，保证产品的一致质量，减少产品质量波动。
3. 节省能源和原材料：APC系统能够根据实际需要优化生产过程的参数，实现能源和原材料的最佳利用，减少浪费。
4. 减少人为错误：APC系统能够实现自动化控制，减少人为因素对生产过程的影响，提高生产过程的稳定性和可靠性。
总之，APC技术有助于实现工业生产的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量，减少能源和原材料的浪费。
它在电力、石化、制药、化工等行业中得到广泛应用，为企业创造了巨大的经济效益和环境效益。
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先进过程控制（APC）随着我国经济体制的转变，国内的众多石化企业日益感受到国际间竞争所带来的活力和挑战。
因此，积极开发和应用先进控制和实时优化，提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战重要对策。
先进过程控制是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。
由于先进控制的内涵丰富，同时带有较强的时代特征。
因此，至今对先进控制还没有严格的、统一的含义。
尽管如此，先进控制的任务都是明确的，即用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。
先进控制应用得当可带来显著的经济效益。
在石化工业中，一个先进控制项目的年经济效益在百万元以上，其投资回收期一般在一年以内。
丰厚的回报而引入注目。
通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而将生产装置推至更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等目的。
从60年代初现代控制理论迅速发展以来，出现了一系列的优化控制和多变量控制算法，以及更晚些时候出现的自适应控制算法和鲁捧控制算法等，这些都属于先进控制。
人们曾经希望开创一户现代控制理论应用的新时代，但自70年代以来，理论成果虽多，在过程控制的应用却不理想，原因有两个方面：（1）模型问题。
像高斯干扰下的线性二次型控制（LQG）等现代控制理论的杰作都是基于模型的算法。
尽管建模技术已有很大发展，白色、黑色、灰色的方法都有，但精确可靠的动态数学模型依然难得。
对象往往具有不确定性，使精确建模无法做到。
（2）认识问题。
一个装置的控制，有各种可供选择的策略和算法，如果你的算法能得到合格的结果，那还要问一问，你的算法是否比其他算法更好？同时，控制效果即使提高，是否能产生实际效益？这样一比，许多新算法的优越性都不见了。
目前，应用得比较成功的先进控制方法有预测控制和自整定控制等。
一、预测控制从70年代中期发展起来的预测控制中，法国理查勒特等提出的模型预测启发控制基于脉冲响应；美国卡特勒等提出的动态矩车控制（DMC）则建立在阶跃响应基础上。
他们在锅炉和分馏塔上的应用分别获得成功，引起工业界广泛兴趣。
到80年代，英国的克拉克等以提出了广义预测控制（GPC），它建立在参数化模型的基础上。
尽管预测控制算式形式多种多样，但都建立在下述三项基本原理基础上。
1、预测模型预测控制是一种基于模型的控制算法，这一模型称为预测模型。
对于预测控制来讲，只注重模型的功能，而不注重模型的形式，预测模型的功能就是能根据对象的历史信息和末来输入预测其末来输出。
从方法的角度讲，只要是具有预测功能的信息集合，不论其有什么样的表现形式，均可作为预测模型。
因此，状态方程、传递函数这类传统的模型都可以作为预测模型。
对于线性稳定对象，甚至阶跃响应、脉冲响应这类非参数模型，也可直接作为预测模型使用。
此外，非线性系统、分布参数系统的模型，只要具备上述功能，也可在对这类系统进行预测控制时作为预测模型使用。
因此，预测控制打破了传统控制中对模型结构的严格要求，更着眼于在信息的基础上根据功能要求按最方便的途径建立模型。
预测模型具有展示系统末来动态行为的功能。
这样，就可以利用预测模型来预测末来时刻被控对象的输出变化及被控变量与其给定值的偏差，作为确定控制作用的依据，使之适应动态系统所具有的存储性和因果性的特点，得到比常规控制更好的控制效果。
2、滚动优化预测控制的最主要特征是在线优化。
预测控制这种优化控制算法是通过某一性能指标的最优来确定末来的控制作用的。
这一性能指标涉及到系统未来的行为，例如，通常可取对象输出在未来的采样点上跟踪某一期望轨迹的方差最小。
但也可取更广泛的形式，要求控制能量为最小而同时保持输出在某一给定范围内等等。
性能指标中涉及到的系统未来的行为，是根据预测模型由未来的控制策略决定的。
但是，预测控制中的优化与通常的离散最优控制算法有很大的差别。
这主要表现在预测控制中的优化不是采用一个不变的全局优化目标，而是采用滚动式的有限时段的优化策略。
在每一采样时刻，优化性能指标只涉及到从该时刻到末来有限的时间，而到下一采样时刻，这一优化时段同时向前推移。
因此，预测控制在每一时刻有一个相对于该时刻的优化性能指标。
不同时刻优化性能指标的相对形式是相同的，但其绝对形式，即所包含的时间区域，则是不同的。
因此，在预测控制中，优化不是一次离线进行，而是反复在线进行的，这就是滚动优化的含义，也是预测控制区别于传统最优控制的根本点。
这种有限时段优化目标的局限性是其在理想情况下只能得到全局的次优解，但优化的滚动实施却能顾及由于模型失配、时变、干扰等引起的不确定性，及时进行弥补，始终把新的优化建立在实际的基础上，使控制保持实际上的最优。
对于实际的复杂工业过程来说，模型失配、时变、干扰等引起的不确定性是不可避免的，因此建立在有限时段上的滚动优化策略反而更加有效。
3、反馈校正预测控制算法在进行滚动优化时，优化的基点应与系统实际一致。
但作为基础的预测模型，只是对象动态特性的粗略描述，由于实际系统中存在的非线性、时变、模型失配、干扰等因素，基于不变模型的预测不可能和实际情况完全相符，这就需用要用附加的预测手段补充模型预测的不足，或者对基础模型进行在线修正。
滚动优化只有建立在反馈校正的基础上，才能体现出其优越性。
因此，预测控制算法在通过优化确定了一系列末来的控制作用后，为了防止模型失配或环境干扰引起控制对理想状态的偏离，并不是把这些控制作用逐一全部实施，而只是实现本时刻的控制作用。
到下一采样时刻，则首先检测对象的实际输出，并利用这一实时信息对基于模型的预测进行修正，然后再进行新的优化。
反馈校正的形式时多样的，可以在保持预测模型不变的基础上，对末来的误差作出预测并加以补偿，也可以根据在线辨识的原理直接修改预测模型。
不论取何种校正形式，预测控制都把优化建立在系统实际的基础上，并力图在优化时对系统末来的动态行为作出较准确的预测。
因此，预测控制中的优化不仅基于模型，而且利用了反馈信息，因而构成了闭环优化。
正是由于预测控制具有以上介绍的三个基本特征：预测模型、滚动优化和反馈校正，使它在复杂的石化工业中倍受青昧。
首先，对于复杂的石化工业对象，由于辨认其最小化模型要花费很大的代价，往往给基于传递函数或状态方程的控制算法带来困难。
而预测控制由于其模型结构的不唯一性，使它可以根据对象的特点和控制的要求，以最简易的方式集结信息建立预测模型。
在许多场合下，只需测定对象的阶跃或脉冲响应，便可直接得到预测模型，而不必进一步导出其传递函数或状态方程。
这对其工业应用无疑是有吸引力的。
更重要的是，预测控制汲取了优化控制的思想，但利用滚动的有限时段优化取代了一成不变的全局优化。
这虽然在理想情况下不能导致全局最优，但由于实际上不可避免地存在着模型误差和环境干扰，这种建立在实际反馈信息基础上的反复优化，能不断顾及不确定性的影响并及时加以校正，反而要比只依靠模型的一次优化更能适应实际过程，有更强的鲁棒性。
所以预测控制是针对传统最优控制在工业过程中的不适用性而进行修正的一种新型优化控制算法，它更加贴近复杂系统控制的实际要求，这是预测控制在石化过程领域中受到重视和应用的根本原因。
现在，人们已对预测控制进行了较深入的理论分析，对系统设计、稳定性等性能分析都得到了清晰的结果；同时，在算法上也做了很细致的推敲。
国外已有了可供实用的工程化软件，如美国Setpoint公司的产品IDCOM-M，美国DMC公司的产品DMC，法国Adersa研究所开发的产品PFC以及AspenT ech公司新推出的DMC Plus等。
这些产品已在上百家大型石化、化工、炼油、钢铁等企业得到成功应用，取得了巨额利润。
我国也把多变量预测控制软件包的开发作为"九·五"国家重点科技攻关项目的一部分，由上海交通大学等研制开发的多变量预测控制软件包最近已在石家庄炼油厂投运成功。
二、自整定控制自整定控制能适应过程特性，整定出较理想的PID参数值，保证工艺参数的自调精确度。
目前已商品化的自整定控制器主要采用临界振荡法，其自整定工作过程是这样的：当控制器设置AT（自整定）为ON时，控制器启动自整定，Bang-Bang控制开始起作用，使被控对象输出产生类似正弦波的等幅振荡,并且振荡幅度控制在设定值上下波动允许范围内；从所得到的振荡曲线中计算出临界振荡周期Tc和临界增益Kc，再用ziegler-Nichols分式求出一组较佳的PID参数，然后把这组参数值送至PID算法块；当控制的设置AT为OFF时，自整定结束，控制器投入正常调节运行。
目前，自整定控制器已在石化过程控制中得到普通应用。
###############################################################################先进过程控制（APC）随着我国经济体制的转变，国内的众多石化企业日益感受到国际间竞争所带来的活力和挑战。
因此，积极开发和应用先进控制和实时优化，提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战的重要对策。
先进过程控制是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。
由于先进控制的内涵丰富，同时带有较强的时代特征。
因此，至今对先进控制还没有严格的、统一的含义。
尽管如此，先进控制的任务都是明确的，即用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。
先进控制应用得当可带来显著的经济效益。
在石化工业中，一个先进控制项目的年经济效益在百万元以上，其投资回收期一般在一年以内。
丰厚的回报而引入注目。
通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而将生产装置推至更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等目的。
从60年代初现代控制理论迅速发展以来，出现了一系列的优化控制和多变量控制算法，以及更晚些时候出现的自适应控制算法和鲁捧控制算法等，这些都属于先进控制。
人们曾经希望开创一户现代控制理论应用的新时代，但自70年代以来，理论成果虽多，在过程控制的应用却不理想，原因有两个方面：（1）模型问题。
像高斯干扰下的线性二次型控制（LQG）等现代控制理论的杰作都是基于模型的算法。
尽管建模技术已有很大发展，白色、黑色、灰色的方法都有，但精确可靠的动态数学模型依然难得。