工业先进控制介绍。

装置 常减压 催化裂化 催化重整 加氢裂化 烷基化 延迟焦化 异构化 乙烯
规模 (万吨/年) 年增效益 (万美元 )
750
225～450
370
420～1050
215
150～450
265
225～450
1百度文库0
135～315
212
144～480
155
50～150
45
300～500
现代控制理论和人工智能几十年来的 发展已为先进控制奠定了应用理论基础， 而控制计算机尤其是集散控制系统 (ＤＣ Ｓ)的普及与提高则为先进控制的应用提供 了强有力的硬件和软件平台。总而言之， 企业经济效益的需要、控制理论和计算机 技术的发展是先进控制 (Advanced Control)发展强有力的推动力。
计划与规划总调度 单元优化
ＭＩＳ厂级计算机
先进控制系统
多变量控制 推断控制 约束控制
ＤＣＳ
过程计算机
常规控制系统 生产过程
先进控制的发展现状
在过程工业界，从 40年代开始，采 用ＰＩＤ控制规律的单输入单输出简单 反馈控制回路已成为过程控制的核心系 统。其理论基础是经典控制理论 ，主要 采用频域分析方法进行控制系统的分析 设计和综合。目前 ，ＰＩＤ控制仍广泛 应用，即便是在大量采用ＤＣＳ控制的 最现代化的装置中，这类回路仍占总回 路数的 80 %～ 90 %。
先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控 制问题，如大时滞、多变量耦合、被控变量 与控制变量存在着各种约束等。先进控制是 建立在常规单回路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。
先进控制的实现需要足够的计算能力作为支 持平台。由于先进控制受控制算法的复杂性 和计算机硬件两方面因素的影响，早期的先 进控制算法通常是在上位机上实施的。随着 ＤＣＳ功能的不断增强 ，更多的先进控制策
控制系统的鲁棒性是体现系统性能的一个
重要指标。它体现了模型与实际过程有差别的 情况下控制品质的变化情况。在经典控制理论 中，稳定裕度可反映系统鲁棒性 ，当稳定裕度
大时，控制系统品质对参数的变化不敏感，即 有较好的鲁棒性。现代控制理论则为鲁棒性的 分析提供了更多的方法，尤其是鲁棒控制器单 独提出之后，这一领域研究一直是控制理论界 的研究热点并逐渐成为一个独立分支。
略可以与基本控制回路一起在ＤＣＳ上实现。 后一种方式可有效地增强先进控制的可靠性、 可操作性和可维护性。
先进控制在工厂中的地位
从全厂综合自动化的角度看，先进 控制恰好处在承上启下的重要地位。性 能良好的先进控制是在线优化得以有效 实施的前提，进而可将企业领导者的经 营决策、生产管理和调度的有关信息及 时落实至全厂生产装置的实际运行中， 并可真正实现全厂综合优化控制。
从 50年代开始 ，逐渐发展了串级、 比值、前馈、均匀和Ｓｍｉｔｈ预估控 制等复杂控制系统，即当时的先进控制 系统。在很大程度上满足了单变量控制 系统的一些特殊的控制要求。
在工业生产过程中，仍有 1 0 %～ 2 0 % 的控制问题采用上述控制策略无法奏效 ，所
涉及的被控过程往往具有强耦合性、不确定 性、非线性、信息不完全性和大纯滞后等特 征 ，并存在着苛刻的约束条件，更重要的是
先进控制的概念
先进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。这些控制策略的先进性在于它们 目前在工业过程中尚很少使用。
先进控制的主要特点
与传统的ＰＩＤ控制不同 ，先进控制是 一种基于模型的控制策略，如：模型预 测控制和推断控制等。目前，基于知识 的控制，如，智能控制和模糊控制正成 为先进控制的一个重要发展方向。
由于许多重要的工业过程都表现出
内在的非线性，如 ：pH中和过程，使得
那些基于线性模型的控制策略和传统的 PID控制很难奏效。早期的解决办法有变
增益控制或针对特定过程来设计控制系 统。近来，有关基于非线性模型 (机理和 经验 )的控制有了较大的发展。但是 ，
非线性控制尚属开发中的先进控制策略， 实际的工业应用尚不多见。
过程控制策略的分类
第一类：传统控制策略 手动控制、PID控制、比值控制、串级控制、 前馈控制
第二类：先进控制—经典技术 增益调整、时滞补偿、解耦控制、选择性超 驰控制器
第三类：先进控制—流行技术 模型预测控制、统计质量控制、内模控制、 自适应控制
下带约束多变量耦合系统控制问题的成 果。这就是著名的模型预测启发式控制
(ＭＰＨＣ)和动态矩阵控制 (ＤＭＣ)。这 一事实表明过程工业已开始接受现代控
制概念，从而引发了预测控制在工业过 程控制的大量应用。
近二十年年来，人工智能技术有了 长足的进步并在许多科学与工程领域中 取得了较广泛的应用。就过程控制而言， 专家系统、神经网络、模糊系统是最具 有潜力的三种工具。
与此同时 ，计算机技术的持续发展 使得计算机控制在工业生产过程中得到 了广泛的应用，强大的计算能力可以用 来求解许多过去认为是无法求解计算的 问题 ，这一切都孕育着过程控制领域的 新突破。
1980年前后，来自过程控制界两位 探索者J.Richalet和C.R.Cutler分析报道 了其各自研究的有关解决实时动态环境
流程工业生产过程的 先进控制及其应用
东华大学自动化系：任正云
2012年3月
发展背景
在现今全球竞争日益激烈的市场环境 下，通过先进控制理论获取经济效益来提 高企业的竞争力，已成为一种趋势。根据 有关文献报道，各种不同石油化工装置实 施先进控制后，其每年的净增效益如下表 所示。虽然各公司所报出的年效益有所不 同，但其数据出入不大，而实施先进控制 所需要的成本只占其产生效益的很小一部 分比例。
它们大多数是生产过程的核心部分，直接关 系到产品的质量、产率和消耗等有关指标。
自 50年代末发展起来的以状态空间 方法为主体的现代控制理论 ，为过程控
制带来了状态反馈、输出反馈、解耦控 制、自适应控制等一系列多变量控制系 统设计方法 ；对于状态不能直接测量的 情形 ，也有观测器和估计器等工具。然
而，当现代控制理论真正应用于工业过 程控制时，却遇到了前所未有的困难。