推断控制和软测量技术备课讲稿.ppt

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1、推断控制和软测量技术概念基本涵义：推理控制或推断控制是指利用过程模型由可测输出变量将不可测的被控过程的输出变量推算出来，以实现反馈控制，或将不可测扰动推算出来，以实现前馈的一种控制系统[1]。2021/8/182背景推理控制自从70年代被提出以来，便在化工过程控制中起着重要的作用。1992年的一份IFAC报告[2]中说明了这一点。这份报告是由IFAC应用委员会化工过程控制工作组起草的，以提高过程控制技术基础和扫除技术障碍，最终实现商业应用为目标，提出了7项技术前沿，其中软传感器列在首位。30年来，在国内外学者的不断努力下，软传感器的理论基础及其应用已经成

2、为过程控制中的一个较为活跃的领域。2021/8/1831简单推断控制基本思想：被控变量不可测时，采用可测的输入变量或其余辅助变量推算出不可测的被控变量。精熘塔的内回流控制精熘塔的热焓控制干燥器湿含量控制。。。。。。2021/8/184内回流控制概念：内回流通常是指精馏塔精馏段内上层塔板向下层塔板流动的液体流量。内回流控制是指在精馏过程中控制内回流为恒定量和按某一规律而变化。内回流平稳是保证精馏塔操作良好的一个重要因素。内回流和外回流的区别影响因素：外回流流量、塔顶温度和外回流温度之差。背景：内回流因在塔内很难直接测得和控制。2021/8/185内回流的数

3、学模型2021/8/186热焓控制概念：热焓是指单位质量的物料所积存的热量。热焓控制是保持某物料的热焓为定值或按一定的规律而变化。热焓是影响精馏塔平稳操作的扰动因素之一。背景：对于气液混相进料时，热焓与温度之间往往没有单值的对应关系，或者对应关系很不明显。目前还没有直接测量热焓的仪表。解决方案：热焓可以通过热量衡算关系间接得到，即载热体放出的热量等于进料所取得的热量，从而间接计算出进料的热焓。热量衡算公式2021/8/187流化床干燥器湿含量推断控制背景：流化床干燥器的主要控制质量指标是物料出口的湿含量。固体颗粒的湿含量难以直接测量，所以采用推断控制。解

4、决方法：根据工艺得到关系式湿球温度Tw测量也困难。可以针对特定的物料湿含量，建立To~Ti的关系曲线。只要使To、Ti符合某条曲线关系，就可以得到湿含量。2021/8/1882推断控制系统推断控制系统的基本组成：信号分离估计器E(s)推断控制器GI(s)其实质是估计出不可测的扰动以实现前馈性质的控制，从这个意义上上讲它是开环的。因此必须要准确的知道过程数学模型以及所有扰动特性。2021/8/1893推断反馈控制系统单纯的推断控制是开环的，且对模型要求较高。为克服模型误差以及其他扰动所导致的过程稳态误差，将推断控制与反馈控制结合起来，构成推断反馈控制系统。

5、需要引入一个均衡环节。工程上常配合滤波器使用。2021/8/18104输出可测条件下的推断控制系统组成：模型误差对系统性能的影响：不管模型有什么样的误差，系统输出总是稳态无偏的。2021/8/18115、软测量技术概论基本思想：软测量的基本思想是把自动控制理论与生产过程知识有机结合起来，应用计算机技术对于难于测量或暂时不能测量的重要变量（称之为主导变量），选择另外一些容易测量的变量（称之为辅助变量），通过构成某种数学关系来推断和估计，以软件来代替硬件（传感器）功能。组成：软测量技术主要由辅助变量的选择、数据采集和处理、软测量模型及在线校正组成。2021/

6、8/1812机理分析与辅助变量的选择首先明确软测量的任务，确定主导变量，在此基础上了解工艺，确定辅助变量。辅助变量的选择包括变量类型、变量数目和检测点位置的选择。由过程特性所决定，还受经济条件、维护的难易程度等因素制约。辅助变量的选择应符合关联性、特异性、过程适用性、精确性和鲁棒性原则。辅助变量数目的下限是被估计的主导变量数，最优数量目前尚无统一结论。2021/8/1813数据采集和处理实际需要采集的数据是与软测量主导变量对应时间的辅助变量的过程数据。为了保证软测量精度，数据正确性和可靠性十分重要，采集数据必须进行处理。数据处理包含换算和数据误差处理两个

7、方面。尤其要注意过失误差的处理。如果辅助变量个数太多，为了实时运行方便需要对系统进行降维。2021/8/1814软测量模型的建立机理建模从机理出发，通过物料平衡、能量平衡和动量平衡建立动态数学模型。优点是可充分利用已知的过程知识，从本质上认识事物。但对于复杂过程难以建模。经验建模通过实测或依据积累操作数据得到经验模型。优缺点与机理建模相反。机理建模和经验建模相结合把二者结合起来，可兼容两者之长，补各自之短。2021/8/1815软测量模型的在线校正模型的在线校正可表示为模型结构和模型参数的优化过程，具体方法有自适应法、增量法和多时标法。为解决模型结构修正

8、耗时长和在线校正的矛盾，提出了以下两种校正方法：短期校正：以某时刻软测量对象的真