工业过程的控制方法和设备技术

本发明专利技术公开了一种工业过程的控制方法和设备，该方法包括：针对至少一个输出变量，设置输出变量安全区域、输出变量警戒区域及输出变量非操作区域，根据测量的输出变量的值所属于的区域，调整输出变量对应的输出变量权值，再进行优化计算，获得满足约束条件的输入变量，之后，将优化计算所获得的输入变量的值传到基础控制回路对工业设备的可控变量实施控制。通过动态地调整输出变量权值，使得系统的输出变量能够在输出变量边界约束条件内，从而实现了基于无约束动态矩阵控制并且满足约束条件的工业过程控制，即获得了快速的求解，同时又满足了最优控制输入序列的可行性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种工业过程的控制方法和设备，该方法包括：针对至少一个输出变量，设置输出变量安全区域、输出变量警戒区域及输出变量非操作区域，根据测量的输出变量的值所属于的区域，调整输出变量对应的输出变量权值，再进行优化计算，获得满足约束条件的输入变量，之后，将优化计算所获得的输入变量的值传到基础控制回路对工业设备的可控变量实施控制。通过动态地调整输出变量权值，使得系统的输出变量能够在输出变量边界约束条件内，从而实现了基于无约束动态矩阵控制并且满足约束条件的工业过程控制，即获得了快速的求解，同时又满足了最优控制输入序列的可行性。【专利说明】工业过程的控制方法和设备
本专利技术涉及工业过程控制领域，尤其涉及一种工业过程的控制方法和设备。
技术介绍
动态矩阵控制(Dynamic Matrix Control, DMC)是一种模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)方法，该控制方法能有效地处理工业工程中的约束、多变量、耦 合和纯滞后等问题，被广泛应用于石油、化工等工业过程中。DMC作为一种基于阶跃响应 系数模型的有限时域开环最优控制的方法，利用过程阶跃响应系数模型对未来一定时域内 的状态或输出进行预测。这些输出为当前时刻和未来一定时域内控制量的函数，即在每个 采样时刻，控制器以当前时刻的系统状态作为初始状态，通过极小化未来的输出与参考轨 迹之差计算控制作用，从而优化产生一个当前时刻的最优控制输入序列以实施工业过程控 制。在预定间隔后的下一个时刻，重新测量数据，并再进行优化计算获得新的控制作用，以 实施工业过程控制。以上DMC控制方法是一种无约束DMC控制方法，其主要优点是，能够有效地处理多 变量、耦合以及纯滞后等控制问题，计算复杂度与控制器控制时域呈正比，因而，求解速度 快、计算复杂度低。然而，无约束DMC控制方法没有考虑输入或输出变量的边界约束条件， 例如，阀门最大开度的限制，输出安全范围的限制等。因此，这类方法无法保障最优控制输 入序列的可行性。针对无约束DMC控制方法的缺陷，具有约束条件的QDMC (Quadrat i c Dynami c Matrix Control，QDMC)控制方法被提出。QDMC控制方法克服无约束缺陷的同时，也存在 过程复杂的问题。由于其计算复杂度与控制器控制时域的立方成正比，优化求解器难以在 MPC实施周期内计算出最优控制输入序列，可行性差，导致其优化求解复杂度高、计算速度 慢。针对现有QDMC的高计算复杂度问题，虽然也有一些针对求解二次规划问题的快速算法 被提出，这类快速算法在一定程度上缩短了优化求解时间，并未从根本上降低问题求解复 杂度。
技术实现思路
本专利技术实施例所要解决的技术问题是:提供一种工业控制的方法和设备，基于无 约束DMC控制方法，同时满足边界约束条件的要求，从而获得快速的求解及最优控制输入 序列的可行性。为解决上述技术问题，根据本专利技术的一个方面，本专利技术实施例提供了一种工业过 程的控制方法，所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个 输出变量，所述多个输入变量是用于执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个 输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量的值是基于二次目 标函数进行优化计算所获得，所述二次目标函数为以所述多个输出变量的输出变量权值、所述多个输入变量的控制权值为系数的二次函数，针对至少一个输出变量，设置输出变量安全区域、输出变量警戒区域及输出变量 非操作区域，在所述安全区域、输出变量警戒区域内，所述输出变量满足输出操作约束限制 条件，对应于所述输出变量安全区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取值范围 为第一值域，对应于所述输出变量警戒区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取 值范围为第二值域，对应于所述输出变量非操作区域，设定所述输出变量对应的输出变量 权值的取值范围为第三值域，该方法包括:测量所述至少一个输出变量的值；根据所述测量的输出变量的值所属于的区域，调整所述输出变量对应的输出变量 权值:若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量安全区域，调整所述输出变量对应的输出变量权值的取值，使其属于所述第一值域，若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量警戒区域，调整所述输出变量对应 的输出变量权值的取值，使其属于所述第二值域，若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量非操作区域时，调整所述输出变量 对应的输出变量权值的取值，使其属于所述第三值域；根据调整所述输出权值后的二次目标函数，进行优化计算以获得所述多个输入变 量的值；将所述优化计算所获得的多个输入变量的值传到基础控制回路对所述工业设备 的可控变量实施控制。在另一种实施例中，所述第一值域的最大值小于或者等于所述第二值域的最小 值，所述第二值域的最大值小于或者等于所述第三值域的最小值。在另一种实施例中，在所述第三值域内，所述输出变量权值的取值为预定的恒定值。在另一种实施例中，在所述第二值域内，所述输出变量权值的取值随着所述测量 的输出变量值接近所述第三值域的程度，而单调递增，所述输出变量权值的取值随着所述 测量的输出变量值远离所述第三值域的程度，而单调递减。在另一种实施例中，所述二次目标函数是以输出变量权值为系数乘以输出变量参 考轨迹值与输出变量系统预测值之差的平方，加上以输入变量的控制权值为系数乘以当前 时刻输入变量增量的平方。在另一种实施例中，在所述基于二次目标函数进行优化计算的步骤中，所述优化 计算是计算使所述目标函数取得极小值的当前时刻输入变量增量值。在另一种实施例中，在进行优化计算以获得所述多个输入变量的值的步骤中，保 持所述输入变量的控制权值不变。根据本专利技术的另一个方面，本专利技术实施例还提供了一种工业过程的控制设备，所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个 输出变量，所述多个输入变量是用于执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个 输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量的值是基于二次目 标函数进行优化计算所获得，所述二次目标函数为以所述多个输出变量的输出变量权值、所述多个输入变量的控制权值为系数的二次函数，针对至少一个输出变量，设置输出变量安全区域、输出变量警戒区域及输出变量 非操作区域，在所述安全区域、输出变量警戒区域内，所述输出变量满足输出操作约束限制 条件，对应于所述输出变量安全区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取值范围 为第一值域，对应于所述输出变量警戒区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取 值范围为第二值域，对应于所述输出变量非操作区域，设定所述输出变量对应的输出变量 权值的取值范围为第三值域，该设备包括:测量单元，用于测量所述至少一个输出变量的值；调整单元，用于根据所述测量的输出变量的值所属于的区域，调整所述输出变量 对应的输出变量权值:若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量安全区域，调整所述输出变量对应 的输出变量权值的取值，使其属于所述第一值域，若所述测量的输出变量值位于所述输出变量警戒区域时，调整所述输出变量对应 的输出变量权值的取值，使其属于所述第二值域，若所述测量的输出变量值位于所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工业过程的控制方法，所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个输出变量，所述多个输入变量是用于执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量的值是基于二次目标函数进行优化计算所获得，所述二次目标函数为以所述多个输出变量的输出变量权值、所述多个输入变量的控制权值为系数的二次函数，针对至少一个输出变量，设置输出变量安全区域、输出变量警戒区域及输出变量非操作区域，在所述安全区域、输出变量警戒区域内，所述输出变量满足输出操作约束限制条件，对应于所述输出变量安全区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取值范围为第一值域，对应于所述输出变量警戒区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取值范围为第二值域，对应于所述输出变量非操作区域，设定所述输出变量对应的输出变量权值的取值范围为第三值域，该方法包括：测量所述至少一个输出变量的值；根据所述测量的输出变量的值所属于的区域，调整所述输出变量对应的输出变量权值：若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量安全区域，调整所述输出变量对应的输出变量权值的取值，使其属于所述第一值域，若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量警戒区域，调整所述输出变量对应的输出变量权值的取值，使其属于所述第二值域，若所述测量的输出变量的值位于所述输出变量非操作区域时，调整所述输出变量对应的输出变量权值的取值，使其属于所述第三值域；根据调整所述输出权值后的二次目标函数，进行优化计算以获得所述多个输入变量的值；将所述优化计算所获得的多个输入变量的值传到基础控制回路对所述工业设备的可控变量实施控制。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：甘中学，张小辉，李金来，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：新奥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：