工业过程的先进控制策略研究

论文摘要

先进控制作为一个整体,包括从数据采集处理、数学模型建立、先进控制算法到工程实施的全部内容。本文以实际的典型化工过程系统为对象,围绕先进控制策略做了以下工作:1.作为先进控制软件的数据基础,首次提出并设计实现了基于SOA的DCS数据交换平台。详述了针对不同类型DCS系统的数据接口数据适配器的开发,具体包括DDE,OPC,API,基于消息等。提出了Status Active Object多线程交互模型,定义了数据交互平台的基本结构,基本数据交换协议。2.提出了基于PSO-SQP数值搜索方法的参数估计新方法,仿真结果证明了其有效性。提出了一种两阶段递阶梯度算法来解决多变量模型参数的辨识问题。这种方法计算简单,可在线实时辨识,能直接辨识对象的传递函数模型,克服有色噪声干扰,不需要控制器先验知识,方便用于实际生产过程的控制系统设计。3.提出了一种改进的二自由度数字内模控制结构,讨论了开环单变量不稳定时滞系统的内模控制方法。在内模控制原理的基础上,主要对一类时滞不稳定对象进行了内模控制的研究。对一阶和二阶时滞不稳定对象讨论了各个控制器的设计方法。仿真结果表明了该方法的有效性。4.提出了一类基于v规范型解耦的多变量内模控制设计的新方法:基于v规范型的新型多变量解耦内模控制,与现有的的基于v规范解耦环节的多变量内模控制进行了比较。其次,使用PSO-SQP算法,以一种改进的综合跟踪特性与解耦特性的ISE指标最优为目标,对滤波器参数进行寻优,得到不同类型的v规范型解耦的IMC-PID转化结构,分别形成了较为完整的控制分析和设计方法的体系。仿真结果证明了本文提出的基于v规范型的新型多变量解耦内模控制方法具有更好的解耦性能和鲁棒性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景
• 1.2 课题的研究目的和意义
• 1.3 先进控制的研究状况
• 1.3.1 先进控制技术
• 1.3.2 内模控制（IMC）
• 1.3.3 IMC-PID控制
• 1.3.4 国内当前应用先进控制的状况
• 1.4 本课题的创新之处
• 1.5 本文主要工作及内容安排
• 第二章 基于SOA的异构DCS统一数据交换平台的研究
• 2.1 引言
• 2.2 数据交换平台的总体结构
• 2.2.1 平台的总体拓扑结构
• 2.2.2 平台中广泛用到的部分核心算法
• 2.3 数据源适配器设计
• 2.3.1 数据源适配器的总体结构
• 2.3.2 适配器的DDE数据交换接口
• 2.3.3 适配器的OPC（COM/DCOM）数据交换接口
• 2.3.4 适配器的其他进程间数据采集手段
• 2.3.5 适配器网络通信组件的设计与实现
• 2.4 面向WebService的中心服务器的设计与实现
• 2.4.1 中心服务器的总体分析和结构设计
• 2.4.2 相关技术概述和总结
• 2.4.3 中心服务器的核心模块设计和主要功能描述
• 2.5 小结
• 第三章 基于改进的随机梯度闭环辨识方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 闭环系统辨识的研究现状和基本原理
• 3.2.1 研究现状
• 3.2.2 基本原理
• 3.3 闭环系统辨识的一般方法
• 3.3.1 直接法
• 3.3.2 间接法
• 3.3.3 联合辨识方法
• 3.3.4 使用PSO-SQP方法来进行直接辨识
• 3.4 多变量的闭环系统辨识
• 3.4.1 多变量辨识的现状
• 3.4.2 用改进的递阶随机梯度法辨识多变量闭环系统
• 3.5 小结
• 第四章 单变量时滞不稳定系统内模控制的研究
• 4.1 引言
• 4.2 内模控制的提出
• 4.2.1 内模控制的研究状况
• 4.3 内模控制的基本原理
• 4.3.1 内模控制的基本结构及性质
• 4.3.2 内模控制器与经典反馈控制器的关系
• 4.3.3 内模控制器的灵敏度函数和互补灵敏度函数
• 4.3.4 单变量数字IMC-PID内模控制器的两步设计算法
• 4.4 时滞过程
• 4.4.1 时滞系统的一般概念
• 4.4.2 时滞系统的经典控制方法
• 4.5 单变量时滞不稳定过程内模控制
• 4.5.2 一阶时滞不稳定系统
• 4.5.3 二阶时滞不稳定系统
• 4.5.4 一阶系统仿真
• 4.5.5 二阶系统仿真
• 4.6 小结
• 第五章 基于v规范型解耦的新型多变量内模控制的研究
• 5.1 引言
• 5.2 多变量时滞过程解耦控制的研究状况
• 5.3 多变量系统解耦控制理论基础
• 5.3.1 多变量内模控制的基本结构
• 5.3.2 多变量内模控制的基本性质
• 5.3.3 p规范与v规范控制对象
• 5.3.4 p规范与v规范解耦环节
• 5.3.5 p规范控制对象v规范解耦环节的物理可实现条件
• 5.4 基于v规范型的新型多变量解耦内模控制
• 5.4.1 解耦分析
• 5.4.2 多变量内模控制器的设计
• 5.4.3 控制系统性能分析
• 5.4.4 基于v规范型结构多变量系统的IMC-PID转化
• 5.5 基于v规范解耦环节的多变量内模控制
• 5.5.1 解耦分析
• 5.5.2 控制器设计
• 5.5.3 简化的多变量IMC-PID设计
• 5.6 滤波器的设计与参数优化
• 5.7 仿真研究
• 5.7.1 非最小相位多变量对象
• 5.7.2 多时滞多变量对象
• 5.8 非方系统内模控制
• 5.8.1 非方系统控制的现状及发展
• 5.8.2 基于主控量法的非方系统内模控制方法
• 5.8.3 基于广义逆法的非方系统内模控制方法
• 5.8.4 仿真结果及分析
• 5.9 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 今后工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学博士研究生学位论文答辩委员会决议书