某公司先进控制APC应用概况
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但在工业过程控制应用中，传统的自适应控制并 不如意。PID自整定方案可能是最可靠的，广泛 应用于商业产品，但用户并不怎么喜欢和接受。
❖ 传统的自适应控制方法，要么采用模型参考要么 采用自整定，一般需要辨识过程的动态特性。它 存在许多基本问题㈠需要复杂的离线训练；㈡辨 识所需的充分激励信号和系统平稳运行的矛盾； ㈢对系统结构假设；㈣实际应用中，模型的收敛 性和系统稳定性无法保证。
❖ 目前在控制领域中，虽然已逐步采用了电子计
算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍 采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而 言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。国外应 用先进控制较广泛，而我们尚处于试验、试点阶段， 与国外先进企业差距较大。DCS提供了高级功能开 发应用的优越环境，该环境具有通过先进控制、优 化控制等开发才能充分挖掘DCS设备的潜能，提高 过程控制水平，给企业带来明显经济效益。
❖ 为了克服控制理论和实际工业应用之间的脱节现 象，尽快地将现代控制理论移植到过程控制领域， 充分发挥计算机的功能，世界各国在加强建模理 论、辩识技术、优化控制、最优控制、高级过程 控制等方面进行研究。
❖ 推出了从实际工业过程特点出发，寻求对模型要 求不高，在线计算方便，对过程和环境的不确定 性有一定适应能力的控制策略和方法。例如，自 适应控制系统、预测控制系统、鲁棒控制系统、 智能控制系统（专家系统、模糊控制……）等先 进控制系统。
一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为 基础，因此一般系统并不工作在最优状态。
❖ 鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目 标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因 素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控 制是这类系统的例子。
过程控制应用中，某些控制系统也可以用鲁棒控 制方法设计，特别是对那些比较关键且㈠不确定 因素变化范围大；㈡稳定裕度小的对象。
❖
㈡专家系统
专家系统是根据专家系统技术，使用一个知识库 来作出控制决定的。知识库由专家的经验知识， 在线获得的系统信息和推理机组成。由于专家系 统的知识以符号表示而且总是离散的，因此它适 用于生产计划、调度和故障诊断等决策问题。但 不适用于解决连续控制问题。 ㈢模糊控制
但是，鲁棒控制系统的设计要由高级专家完成。 一旦设计成功，就不需太多的人工干预。另一方 面，如果要升级或作重大调整，系统就要重新设 计。
❖ ③最优控制
❖ 最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分。 成功应用于航天航空和军事领域，在许多方面改 变了人们的生活。
一个典型的最优控制问题描述如下：被控系统的 状态方程和初始条件给定，同时给定目标函数。 然后寻找一个可行的控制方法使系统从输出状态 过渡到目标状态，并达到最优的性能指标。
❖ ④智能控制
❖ 智能控制是现代控制技术的又一个重要领域。关 于智能控制有不同的定义。参考一个应用各种人 工智能技术的范例，智能控制可以包括如下几种 方法：㈠学习控制系统；㈡专家系统；㈢模糊控 制；㈣神经网络控制。 ㈠学习控制系统
学习控制系统采用模式识别技术获得控制回路当 前的状态，然后根据回路状态和储存的历史信息 和经验知识作出控制决定。由于学习控制系统受 储存的知识的限制，它至今还没有得到广泛的应 用。
然而设计这样的控制系统会遇到许多困难， 特别是复杂工业过程往往具有不确定性（环境结 构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、 机理复杂性、非线性、分布参数系统、变量间的 关联性以及信息的不完全性和大纯滞后性等，要 想获得精确的数学模型是十分困难的。
❖ 因此，对于过程系统的设计，已不能采用单一
基于定量的数学模型的传统控制理论和控制技术， 必须进一步开发高级的过程控制系统，研究先进的 过程控制规律。
另外，传统自适应控制方法中假设系统结构的信 息，在处理非线性、变结构或大时间延迟时很难。
❖ ②鲁棒控制
❖ 鲁棒控制是一个着重控制算法可靠性研究的控制 器设计方法。鲁棒性一般定义为在实际环境中为 保证安全要求控制系统最小必须满足的要求。一 旦设计好这个控制器，它的参数不能改变而且控 制性能保证。
鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般 假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些 算法不需要精确的过程模型但需要一些离线辨识。
统计资料，在炼油装置应用先进控制的效益是非常 巨大的。对于一个处理量为106t/a的催化裂化装置， 其百度文库效益为182万美元。
（1）工业过程控制的主要策略 ①自适应控制
❖ 自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智
能调节自身特性的反馈控制系统以使系统能按照 一些设定的标准工作在最优状态。
一般地说，自适应控制在航空、导弹和空间飞行 器的控制中很成功。可以得出结论，传统的自适 应控制适合㈠没有大时间延迟的机械系统；㈡对 设计的系统动态特性很清楚。
2、工业过程先进控制的主要内容
先进控制（Advanced Process Control， APC ） 是一门综合学科，它结合了工艺过程知识、过程控 制理论、仪表及计算机等技术，设计出了新型的多 输入多输出的先进控制系统并开发出先进控制软件， 它能够解决时变性、强耦合、非线性和大时滞等过 程控制问题，提高装置的操作性能，以达到节能降 耗、提高装置整体经济效益的效果。 根据国外的
目录
➢ 先进控制(APC)概述 ➢ **公司先进控制应用概况 ➢ 应用范例－－－**焦化装置的APC ➢ APC项目实施的经验总结
一、先进控制概述
1、工业过程先进控制产生背景
在工业生产过程中，一个良好的控制系统不 但要保证系统稳定性和整个生产的安全，满足一 定的约束条件，而且应该带来一定的经济效益和 社会效益。
动态规划、最大值原理和变分法是最优控制理论 的基本内容和常用方法。庞特里亚金极大值原理 和贝尔曼动态规划是在约束条件下获得最优解的 两个强有力的工具，应用于大部分最优控制问题。
❖ 在实际应用中，最优控制很适用于航天航空和军 事等领域，例如空间飞行器的登月、火箭的飞行 控制和防御导弹的导弹封锁。
工业系统中也有一些最优控制的应用，例如生物 工程系统中细菌数量的控制等。然而，绝大多数 过程控制问题都和流量、压力、温度和液位的控 制有关，用传统的最优控制技术来控制它们并不 合适。
❖ 传统的自适应控制方法，要么采用模型参考要么 采用自整定，一般需要辨识过程的动态特性。它 存在许多基本问题㈠需要复杂的离线训练；㈡辨 识所需的充分激励信号和系统平稳运行的矛盾； ㈢对系统结构假设；㈣实际应用中，模型的收敛 性和系统稳定性无法保证。
❖ 目前在控制领域中，虽然已逐步采用了电子计
算机这个先进技术工具，特别是石油化工企业普遍 采用了分散控制系统（DCS）。但就其控制策略而 言，占统治地位的仍然是常规的PID控制。国外应 用先进控制较广泛，而我们尚处于试验、试点阶段， 与国外先进企业差距较大。DCS提供了高级功能开 发应用的优越环境，该环境具有通过先进控制、优 化控制等开发才能充分挖掘DCS设备的潜能，提高 过程控制水平，给企业带来明显经济效益。
❖ 为了克服控制理论和实际工业应用之间的脱节现 象，尽快地将现代控制理论移植到过程控制领域， 充分发挥计算机的功能，世界各国在加强建模理 论、辩识技术、优化控制、最优控制、高级过程 控制等方面进行研究。
❖ 推出了从实际工业过程特点出发，寻求对模型要 求不高，在线计算方便，对过程和环境的不确定 性有一定适应能力的控制策略和方法。例如，自 适应控制系统、预测控制系统、鲁棒控制系统、 智能控制系统（专家系统、模糊控制……）等先 进控制系统。
一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为 基础，因此一般系统并不工作在最优状态。
❖ 鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目 标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因 素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控 制是这类系统的例子。
过程控制应用中，某些控制系统也可以用鲁棒控 制方法设计，特别是对那些比较关键且㈠不确定 因素变化范围大；㈡稳定裕度小的对象。
❖
㈡专家系统
专家系统是根据专家系统技术，使用一个知识库 来作出控制决定的。知识库由专家的经验知识， 在线获得的系统信息和推理机组成。由于专家系 统的知识以符号表示而且总是离散的，因此它适 用于生产计划、调度和故障诊断等决策问题。但 不适用于解决连续控制问题。 ㈢模糊控制
但是，鲁棒控制系统的设计要由高级专家完成。 一旦设计成功，就不需太多的人工干预。另一方 面，如果要升级或作重大调整，系统就要重新设 计。
❖ ③最优控制
❖ 最优控制是现代控制理论的一个重要组成部分。 成功应用于航天航空和军事领域，在许多方面改 变了人们的生活。
一个典型的最优控制问题描述如下：被控系统的 状态方程和初始条件给定，同时给定目标函数。 然后寻找一个可行的控制方法使系统从输出状态 过渡到目标状态，并达到最优的性能指标。
❖ ④智能控制
❖ 智能控制是现代控制技术的又一个重要领域。关 于智能控制有不同的定义。参考一个应用各种人 工智能技术的范例，智能控制可以包括如下几种 方法：㈠学习控制系统；㈡专家系统；㈢模糊控 制；㈣神经网络控制。 ㈠学习控制系统
学习控制系统采用模式识别技术获得控制回路当 前的状态，然后根据回路状态和储存的历史信息 和经验知识作出控制决定。由于学习控制系统受 储存的知识的限制，它至今还没有得到广泛的应 用。
然而设计这样的控制系统会遇到许多困难， 特别是复杂工业过程往往具有不确定性（环境结 构和参数的未知性、时变性、随机性、突变性）、 机理复杂性、非线性、分布参数系统、变量间的 关联性以及信息的不完全性和大纯滞后性等，要 想获得精确的数学模型是十分困难的。
❖ 因此，对于过程系统的设计，已不能采用单一
基于定量的数学模型的传统控制理论和控制技术， 必须进一步开发高级的过程控制系统，研究先进的 过程控制规律。
另外，传统自适应控制方法中假设系统结构的信 息，在处理非线性、变结构或大时间延迟时很难。
❖ ②鲁棒控制
❖ 鲁棒控制是一个着重控制算法可靠性研究的控制 器设计方法。鲁棒性一般定义为在实际环境中为 保证安全要求控制系统最小必须满足的要求。一 旦设计好这个控制器，它的参数不能改变而且控 制性能保证。
鲁棒控制方法，是对时间域或频率域来说，一般 假设过程动态特性的信息和它的变化范围。一些 算法不需要精确的过程模型但需要一些离线辨识。
统计资料，在炼油装置应用先进控制的效益是非常 巨大的。对于一个处理量为106t/a的催化裂化装置， 其百度文库效益为182万美元。
（1）工业过程控制的主要策略 ①自适应控制
❖ 自适应控制可以看作是一个能根据环境变化智
能调节自身特性的反馈控制系统以使系统能按照 一些设定的标准工作在最优状态。
一般地说，自适应控制在航空、导弹和空间飞行 器的控制中很成功。可以得出结论，传统的自适 应控制适合㈠没有大时间延迟的机械系统；㈡对 设计的系统动态特性很清楚。
2、工业过程先进控制的主要内容
先进控制（Advanced Process Control， APC ） 是一门综合学科，它结合了工艺过程知识、过程控 制理论、仪表及计算机等技术，设计出了新型的多 输入多输出的先进控制系统并开发出先进控制软件， 它能够解决时变性、强耦合、非线性和大时滞等过 程控制问题，提高装置的操作性能，以达到节能降 耗、提高装置整体经济效益的效果。 根据国外的
目录
➢ 先进控制(APC)概述 ➢ **公司先进控制应用概况 ➢ 应用范例－－－**焦化装置的APC ➢ APC项目实施的经验总结
一、先进控制概述
1、工业过程先进控制产生背景
在工业生产过程中，一个良好的控制系统不 但要保证系统稳定性和整个生产的安全，满足一 定的约束条件，而且应该带来一定的经济效益和 社会效益。
动态规划、最大值原理和变分法是最优控制理论 的基本内容和常用方法。庞特里亚金极大值原理 和贝尔曼动态规划是在约束条件下获得最优解的 两个强有力的工具，应用于大部分最优控制问题。
❖ 在实际应用中，最优控制很适用于航天航空和军 事等领域，例如空间飞行器的登月、火箭的飞行 控制和防御导弹的导弹封锁。
工业系统中也有一些最优控制的应用，例如生物 工程系统中细菌数量的控制等。然而，绝大多数 过程控制问题都和流量、压力、温度和液位的控 制有关，用传统的最优控制技术来控制它们并不 合适。