基于历史性能基准的模型预测控制性能监控

针对实际工业过程中希望只利用过程的日常运行数据对控制系统进行监控的情况,提出了1种用历史性能基准对预测控制系统进行性能评估、监控以及分析的方法.利用运行状态良好的1段历史数据计算出历史性能基准,并将历史性能基准与实际性能的比值用于控制器性能的实时监控.根据历史性能指标的残差监控检测出性能变化时,进一步通过历史数据协方差监控及广义特征值分析,区分出性能显著变差或变好的方向和子空间.为现场工程师提供性能变化的一些原因,用于系统维护.最后通过Shell重油分馏塔仿真证明该方法可以获得很好的评估与监控结果.     

基于PLS交叉积矩阵非相似度分析的MPC性能监控与诊断

针对传统基于输出协方差矩阵的性能监控方法未充分考虑过程变量与输出变量之间的相关性问题,提出一种基于偏最小二乘（Partial least squares,PLS）交叉积矩阵非相似度分析的性能监控与诊断方法,用于多变量模型预测控制（Model predictive control,MPC）系统.首先,考虑模型预测控制系统的控制结构,构造包含预测误差的增广过程变量与输出变量相关性的PLS交叉积矩阵,通过非相似度分析方法将交叉积矩阵的非相似度比较转化为转换矩阵特征值的比较.然后提取转换矩阵中表征最大非相似度的l个特征值构造实时性能指标,对MPC系统进行性能监控.检测到性能下降后,进一步利用转换矩阵的特征值诊断性能恶化源.Wood-Berry二元精馏塔上的仿真结果表明,所提方法能够有效地提高监控性能,并准确地定位性能恶化源.     

基于协方差指标预测的MPC实时性能监控

为利用过程数据实时监控模型预测控制(Model predictive control, MPC)的性能, 提出一种基于协方差预测残差的性能监控方法.首先在分析模型预测控制器优 化函数和控制结构的基础上, 构造包含预测误差、控制量和过程输出的监控变量集, 然后利用滑动时间窗口建立基于协方差的实时性能评价 指标.针对协方差指标缺少控制限的问题, 建立实时协方差指标的时间序列模型, 根据协方差指标的预测残差检测模型预测控制性能下降.进 一步利用基于数据集相似度的性能诊断方法确定性能恶化源.最后通过Wood-Berry二元精馏塔上的仿真研究验证了所提方法的有效性.     

基于协方差基准的模型预测控制性能评价与监视

为了对预测控制(MPC)性能进行评价和监视,本文运用基于数据协方差基准的摔制性能评价与监视方法,通过对所监视时段数据和基准时段数据进行广义特征值分析,得到相应的性能优/劣的特征向量.进一步利用统计推断方法得出特征值在相应特征方向上的置信区间,并得到优/劣子空间下的性能指标,从而用来评价和临视MPC件能.将该方法成功应用于Wood-Berry塔这一个典型的化工对象,研究了三种模型失配下的性能评价与监视,仿真结果表明了该方案的有效性和可行性.     

观测误差协方差估计下的集合鲁棒滤波数据同化方法

在数据同化方法中,观测误差协方差矩阵是相关的,且与时间和状态有一定的依赖性。针对这种相关特性,将鲁棒滤波方法与观测误差协方差估计方法相结合,得到随状态时间变化的观测误差协方差,提出一种带有观测误差估计的鲁棒数据同化新方法,更新观测误差协方差,改善估计效果。从分析误差协方差,转移矩阵特征值放大等角度优化同化方法。利用非线性Lorenz-96混沌系统,对三种不同优化角度下带有观测误差估计的鲁棒滤波和原鲁棒滤波方法的鲁棒性和同化精度进行评估,并比较分析了两种方法在模型误差、观测数目和性能水平系数变化时的性能。结果表明：观测误差估计技术能够提高状态估计的精确性,带有观测误差估计的鲁棒滤波对系统参数变化具有较好的鲁棒性。     

基于ESN的污水处理过程优化控制

针对污水处理过程能耗过高的问题,提出了一种基于状态回声网络(ESN)的在线优化控制方法。建立了污水处理过程预测模型,实现性能指标的预测;根据系统的状态以及预测的性能指标,采用ESN实时优化控制变量的设定值;将优化后的设定值传送给底层控制器进行跟踪控制。将ESN优化控制方法在污水处理过程基准仿真模型(BSM1)上进行了验证,实验结果表明,该方法不但能够满足出水水质的要求,而且降低了污水处理过程运行成本。     

基于自适应PCA的高频电源故障检测

针对高频电源故障检测问题,考虑系统的时变性和各变量之间的相关性,在传统主元分析(Principal Component Analysis,PCA)的基础上,引入实时模型更新,提出一种改进的自适应主元分析方法。首先,正常工况下建立历史数据矩阵,对实时采集的无故障数据进行相似度计算,决定模型的局部更新,结合历史数据和更新数据进行协方差矩阵的权重分配,然后,建立新的主元模型,最后使用SPE和T2结合的统计量进行在线故障检测。Matlab环境下,对高频电源现场数据进行仿真验证,表明该方法具有较好的实时性和准确性。     

双馈风力发电机组实时监控系统

为了对双馈风力发电机组的运行工况进行在线监测与控制,给出了一种发电机组工况实时监控系统的设计方案。监控系统以西门子工业触摸屏为主站,通过Modicon Modbus协议与现场DSP控制器实时通信,实现风力发电机组运行数据的实时采集、显示以及机组的运行控制与开、停机等操作。调试结果表明,监控系统结构简单、运行稳定,满足双馈风力发电系统的运行监控需要。     

基于数据驱动的控制器综合性能优化

为了提高过程回路的控制性能,提出一种基于数据驱动的控制器综合性能优化方法.首先,通过分析虚拟参考反馈校正方法与内模控制器设计过程的联系,确定数据驱动控制器校正所需参考模型的结构;然后,定义一种结合绝对误差积分和最小方差性能基准的综合性能指标,再基于该指标确定参考模型的未决参数;最后,利用控制系统闭环数据实现对控制器参数...     

自寻优自调整模糊PID控制器的设计与仿真

关于优化控制器设计,针对常规模糊控制器,由于控制参数和控制规则的固定,造成控制性能不够理想的问题,提出了一种基于规则修改的、采用控制参数自寻优和控制规则自调整相结合的双重控制策略,以提高系统的控制性能.通过自寻优调节器,将积分性能指标作为寻优目标,根据系统响应中各阶段的误差和误差变化率进行自寻优,实现在线实时调整控制参数和控制规则.仿真研究表明,这种双管齐下的控制方法,具有较强的可行性,系统的自适应能力增强,实时控制性能明显得到改善.应用结果表明,系统的动态响应特性和稳态精度等都比较理想,能满足高精度控制的场合.     

疏浚系统泥浆浓度的自校正前馈控制

采用CARMA模型表示泥浆浓度过程,并通过现场的实验数据,利用最小二乘算法对泥浆浓度过程的数学模型进行了辨识;在不同工作点上的辨识结果表明泥浆浓度过程具有参数时变和外部干扰作用明显等特点.本文提出了一种自校正控制和前馈补偿相结合的控制方案;控制系统利用在线检测的过程数据,采用递推最小二乘算法连续更新系统前向通道和可测量干扰通道的传递函数.利用更新的系统模型设计控制器参数,控制器的调节目标是使系统未来时刻的总体方差趋于最小.以900型挖泥船为基础,通过实验的方式检验了本文提出的控制方案的性能.实验结果表明该方法在系统作业环境变化,时滞较大的条件下仍能使泥浆浓度基本保持稳定,具有较强的抗干扰能力和良好的跟踪性能.     

基于实时数据处理的钢铁加热炉在线质量监控方法

针对钢铁企业加热炉生产过程中数据流不易于集中管理和分析,无法有效地进行生产监控及在线质量分析问题,提出了一种基于实时数据分析的生产监控与在线质量分析的方法。结合实时数据库和关系数据库,引入六西格玛管理手段和控制图技术,设计和实现了加热炉生产监控与在线质量分析系统。系统具有实时数据处理、生产监控与质量分析、产品在线质量监控等功能。应用结果表明,系统有效地集成了企业的生产数据和标准数据,实现了对加热炉生产的实时监控与质量判定。     

基于实时数据处理的钢铁加热炉在线质量监控方法

针对钢铁企业加热炉生产过程中数据流不易于集中管理和分析,无法有效地进行生产监控及在线质量分析问题,提出了一种基于实时数据分析的生产监控与在线质量分析的方法。结合实时数据库和关系数据库,引入六西格玛管理手段和控制图技术,设计和实现了加热炉生产监控与在线质量分析系统。系统具有实时数据处理、生产监控与质量分析、产品在线质量监控等功能。应用结果表明,系统有效地集成了企业的生产数据和标准数据,实现了对加热炉生产的实时监控与质量判定。     

基于性能指标与修正因子的在线自校正模糊控制器及其在伺服加载系统中的应用

针对时变参数系统的特性,提出一种基于控制性能指标和修正因子的在线自校正模糊控制器,它不仅对参数变化具有良好的鲁棒性,而且能够保证系统稳态具有良好的性能,通过对气动力加载的仿真,证明了本方法的有效性。     

在线VRFT数据驱动控制方法及其仿真研究*

虚拟参考反馈整定(VRFT)是一种离线的数据驱动控制器参数整定的方法,要求整定过程中对象特性保持不变。本文针对离线算法的不足,提出了一种在线VRFT数据驱动算法。首先利用滤波器改变了离线算法的时序,得到用于实时运算的有效数据。然后提出了基于带遗忘因子递推最小二乘法的VRFT控制器参数辨识方法,不依赖于对象模型,完全利用实时数据实现了在线控制器参数整定。仿真结果表明, 在对象特性变化较大的情况下,在线VRFT整定方法优于传统的离线VRFT方法,具有很好的自适应性。     

基于软测量的醋酸精馏过程串级预测控制策略

针对醋酸精馏控制中,产品成分无法在线检测并且对产品质量采用温度间接控制存在控制精度低的问题,提出一种基于在线更新小波核函数极限学习机软测量的DMc预测控制策略,其中,在线更新的小波核函数极限学习机软测量实现了塔底醋酸浓度的实时检测,仿真结果表明,在线更新模型的预测精度比离线模型提高52%。将上述在线更新的软测量应用于塔底醋酸浓度闭环预测控制系统中,实现对塔底醋酸浓度的直接质量控制,该系统采用DMc作为醋酸浓度控制器,其输出量作为再沸器蒸汽流量控制器的设定值,与再沸器流量控制构成串级调节系统。控制系统仿真结果表明,该软仪表具有良好的在线预测性能,预测控制系统控制精度高、可以实现产品质量的卡边控制。     

迟延惯性系统的一种自校正增量型PID控制

对于具有大迟延、大惯性特性的被控对象,常规PID控制往往难以取得满意的控制效果。在对常规PID控制算法及迟延和惯性系统的动态特性进行定性分析的基础上,提出了一种新的自校正增量型PID控制方法。首先采用带最小损失函数的递推最小二乘算法通过离线辨识获得被控对象初始的迟延和惯性特性,并据此整定PID控制器参数;控制过程中,通过在线辨识实时获取被控对象的动态特性,并利用历史控制信息,根据在线辨识结果获得一种具有自调整功能的校正基准量,从而形成一种自校正增量型PID控制器。最后,将其应用于电站锅炉过热汽温串级控制系统中。仿真试验表明,该方法能够有效地控制具有时变特性的大迟延、大惯性对象,表现出了良好的自适应能力。     

双线性时间序列模型参数估计的最优滤波方法

本文给出了一种用于双线性时间序列模型参数估计的自适应Kalman滤波器,在滤波过程中对误差协方差阵进行监控,使Kalman增益矩阵不趋于零,以保证观测数据对滤波的校正作用,并通过仿真例子将它和递推预报误差估计方法进行了比较。     

燃烧空燃比控制系统性能评估!

保持PID控制器性能的优越性是工厂高效生产的重要前提。分析了燃烧空燃比系统的组成、工作原理和系统存在的问题。采用了递推最小二乘方法对其闭环传递函数进行系统参数辨识。基于最小方差基准,提出利用线性回归算法和遗传算法两种控制方案,对燃烧空燃比系统进行了性能评估对比分析,有效实现了对燃烧空燃比系统的实时监测,提高了燃烧效率。针对管压力波动和阀门黏滞这两种扰动动态,提出了H2范数和权重系数相结合的方法,对燃烧空燃比系统进行了控制器性能评估。基于该方法设计的最优控制器,大幅度提高了系统控制性能,有效解决了由于阀门粘滞对燃烧空燃比系统造成的振荡问题。     

参数自调整模糊控制器在空调器中的应用

针对空调系统的复杂情况,介绍了一种在线调整常规模糊控制器的量化因子和比例因子的设计方法,实时对常规模糊控制器进行优化。仿真表明,其动态性能和稳态性能都优于常规模糊控制器,具有良好的控制性能。