專利名稱：：復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種控制方法及其系統(tǒng)，特別是指一種對(duì)具有多個(gè)被控變量、多個(gè)狀態(tài)變量、多個(gè)操縱變量、多個(gè)可測(cè)干擾變量以及長(zhǎng)滯后時(shí)間特征的復(fù)雜滯后過(guò)程系統(tǒng)的先進(jìn)控制方法及其系統(tǒng)，屬于自動(dòng)控制
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：流程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)理動(dòng)態(tài)模型化的研究與開(kāi)發(fā)已有多年的歷史，涉及流程工業(yè)的各個(gè)方面。在流程工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，石油化工、冶金、化工、醫(yī)藥和其它，每個(gè)方面都有成百上千的生產(chǎn)裝置，可以通過(guò)基于機(jī)理的動(dòng)態(tài)模型化技術(shù)，為綜合自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用提供最基礎(chǔ)的平臺(tái)，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益及國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，特別是石油化工生產(chǎn)過(guò)程，被控過(guò)程往往不同程度的存在著純滯后現(xiàn)象。例如在熱交換器中，被控變量是被加熱物料的出口溫度，而操縱變量是載熱介質(zhì)；當(dāng)調(diào)整改變載熱介質(zhì)流量后，對(duì)物料出口溫度的影響往往要滯后一段時(shí)間，這一滯后時(shí)間的大小，主要與被加熱物料在熱交換器中的停留時(shí)間有關(guān)，而且，其停留時(shí)間會(huì)隨著操縱變量的變化而變化，即滯后時(shí)間隨時(shí)間變化，這種操縱變量到被控變量通道的滯后稱為控制純滯后。此外，在精餾塔控制中，塔頂、塔中和塔底溫度等均可以看作是被控過(guò)程的狀態(tài)變量，由于液相物料和汽相物料在每層塔板上都要停留一段時(shí)間，因而溫度在各塔板間傳遞存在一定的純滯后時(shí)間，而且，其純滯后時(shí)間會(huì)隨著精餾塔的操作運(yùn)行狀態(tài)的變化而變化，這種狀態(tài)變量之間的相互影響存在的滯后現(xiàn)象稱為狀態(tài)滯后。狀態(tài)滯后與控制(輸入)滯后增加了控制系統(tǒng)的控制難度，一般會(huì)使被控過(guò)程波動(dòng)加大，容易造成被控變量嚴(yán)重超調(diào)，甚至引起控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定，使被控變量及其他相關(guān)變量超過(guò)安全約束限，從而危急設(shè)備及人身安全，造成嚴(yán)重事故及重大經(jīng)濟(jì)損失。由于復(fù)雜滯后過(guò)程具有多變量、多重狀態(tài)滯后、多重輸入滯后、多約束、不確定性、時(shí)變性及非線性等特點(diǎn)，針對(duì)純滯后過(guò)程的控制理論與控制方法的研究是目前控制理論界研究的熱點(diǎn)課題。應(yīng)用Smith預(yù)估器實(shí)現(xiàn)對(duì)純滯后過(guò)程的控制及通過(guò)改進(jìn)算法提高魯棒穩(wěn)定性也得到了很大的關(guān)注(參見(jiàn)自動(dòng)化學(xué)報(bào)1997年23(5)《一類Smith預(yù)估器及其魯棒整定》自動(dòng)化學(xué)報(bào)，《AnewmodifiedSmithpredictortheconcept，desingandtuning》ISATransactions40(2001)111-121，《ImprovingperrormanceusingcascadecontrolandaSmithpredictor》ISATransactions40(2001)223-234，《Robustcontrollerdesignforuncertainsystemswithvariabletimedelay》ControlEngineeringPractice9(2001)961-972)；但是，這些方法的不足之處是設(shè)計(jì)結(jié)果比較復(fù)雜，參數(shù)調(diào)整比較困難。使用PID控制器及純滯后補(bǔ)償器(DTC，Dead-TimeCompensator)(參見(jiàn)《RobustPIDcontrollerdesignfornon-minimumphasetimedelaysystems》ISATransactions40(2001)31-39，《PerformancecomparisonbetweenPIDanddead-timecompensatingcontrollers》JournalofProcessControl12(2002)887-895)，改善純滯后過(guò)程控制及使用神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)PID(參見(jiàn)《PIDneuralnetworksfortime-delaysystems》ComputersandChemicalEngineering24(2000)859-862)等。這些方法均存在的不足，PID參數(shù)比較難調(diào)整，純滯后補(bǔ)償器的結(jié)果一般比較復(fù)雜而且很難有明確的物理意義，魯棒性問(wèn)題在一定程度上很難保證。應(yīng)用DMC算法(參見(jiàn)《時(shí)滯不確定系統(tǒng)DMC約束控制的魯棒性條件》控制理論與應(yīng)用，2001年18期)、內(nèi)?？刂?IMC)算法(參見(jiàn)《IMCdesignforunstableprocesseswithtimedelays》JournalofProcessControl2003-13)、線性矩陣不等式(LMI)方法(參見(jiàn)《AnLMIapproachtoguaranteedcostcontroloflinearuncertaintime-delaysystems》Automatica1999-35)及使用狀態(tài)反饋設(shè)計(jì)線性時(shí)變參數(shù)滯后系統(tǒng)的控制等(參見(jiàn)《LPVSystemswithparameter-varyingtimedelaysanalysisandcontrol》Automatica2001-37)。在石油化工領(lǐng)域，精餾塔控制過(guò)程中，塔頂、塔中和塔底的溫度均為被控過(guò)程的狀態(tài)變量。由于液相物料和汽相物料在每層塔板上都要停留一段時(shí)間，因而溫度在各塔板之間的傳遞存在一定的純滯后現(xiàn)象；而且，其純滯后時(shí)間會(huì)隨著精餾塔的操作運(yùn)行狀態(tài)的變化而變化。這種狀態(tài)變量之間的相互影響存在的滯后現(xiàn)象稱為狀態(tài)滯后。狀態(tài)滯后與控制純滯后增加了對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行控制的難度，使被控過(guò)程波動(dòng)加大，造成了被控變量嚴(yán)重超調(diào)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，使被控變量及其他相關(guān)變量超過(guò)安全約束限制，導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰，從而危及生產(chǎn)設(shè)備及人身安全，嚴(yán)重的可導(dǎo)致重大的事故和經(jīng)濟(jì)損失。由于復(fù)雜滯后過(guò)程具有多變量、多重狀態(tài)滯后、多重輸入滯后及多約束等特點(diǎn)，目前已有的針對(duì)純滯后過(guò)程的控制方法均不能很好地解決復(fù)雜滯后過(guò)程的控制問(wèn)題。應(yīng)用基于機(jī)理動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行過(guò)程系統(tǒng)分析和仿真、用于生產(chǎn)裝置的分析設(shè)計(jì)并指導(dǎo)工藝過(guò)程的改造，實(shí)現(xiàn)在線計(jì)算和優(yōu)化控制，觀測(cè)計(jì)算及軟測(cè)量技術(shù)，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)測(cè)與故障預(yù)報(bào)、在線仿真分析與操作培訓(xùn)等，尢其對(duì)流程工業(yè)大規(guī)模、多變量、多目標(biāo)、多重變時(shí)滯、許多重要變量不可實(shí)測(cè)和變結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，較現(xiàn)有基于數(shù)據(jù)的在線計(jì)算和基于輸入輸出模型的控制策略有許多優(yōu)勢(shì)。問(wèn)題是機(jī)理動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立較為困難，要求具有化學(xué)工藝和自控理論兩方面的知識(shí)，成為工程應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。計(jì)算機(jī)性能的提高及價(jià)格的降低，為研究與應(yīng)用基于機(jī)理的動(dòng)態(tài)模型化技術(shù)，提供了保證。建立機(jī)理動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型庫(kù)，是一個(gè)長(zhǎng)期積累和逐步完善的過(guò)程。典型的化工過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型庫(kù)，包括一類化學(xué)反應(yīng)器、分餾塔、換熱器及相關(guān)設(shè)備等的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型不是孤立的單元模型，各單元模型之間的相互關(guān)聯(lián)性，不能只是考慮某一個(gè)單元模型，而應(yīng)該考慮整個(gè)生產(chǎn)裝置及整個(gè)工藝過(guò)程，只有這樣才能滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的要求，才會(huì)發(fā)揮動(dòng)態(tài)模型的真正作用。例如對(duì)于相同的生產(chǎn)裝置而言，只考慮溫度的關(guān)聯(lián)影響時(shí)，由于管線連接的長(zhǎng)短不同及操作控制的流量大小不同，對(duì)溫度影響的時(shí)間就會(huì)發(fā)生變化，表現(xiàn)為純滯后時(shí)間變化，又會(huì)影響到其他過(guò)程變量的變化，從而影響系統(tǒng)的控制性能，影響到裝置的產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益，這就是多重變時(shí)滯過(guò)程-純滯后時(shí)間在不斷的變化。通常，一個(gè)多變量、多重狀態(tài)滯后、多重輸入滯后、多約束且具有非線性、時(shí)變性及不確定性的復(fù)雜控制系統(tǒng)的離散化狀態(tài)空間模型可以用如下的數(shù)學(xué)公式描述其中，X∈Rn，為n維狀態(tài)變量(StateVariable，簡(jiǎn)稱SV)；例如在催化裂化主分餾塔中塔頂?shù)臏囟?、塔頂?shù)膲毫Α⒊槌鰷囟燃胺邓囟鹊?，這些實(shí)際過(guò)程變量均可以選取為狀態(tài)變量；U∈Rr，為r維操縱變量(ManipulatedVariable，簡(jiǎn)稱MV)；例如換熱三通閥、循環(huán)回流流量調(diào)節(jié)閥的閥位均可以選取為操縱變量；Y∈Rr，為r維被控變量(ControlledVariable，簡(jiǎn)稱CV)；例如表示產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的粗汽油干點(diǎn)，柴油凝固點(diǎn)，或者實(shí)際裝置的過(guò)程變量，如塔頂溫度、抽出溫度等均可以選取為被控變量；V∈Rq，為q維干擾變量(DisturbanceVariable，簡(jiǎn)稱DV)；例如富吸收油返回主分餾塔的流量及溫度等，可選取為干擾變量；A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb，C∈Rr×n，F(xiàn)∈Rn×q，均為已知的常數(shù)矩陣，為已知的相應(yīng)模型參數(shù)，在復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用來(lái)計(jì)算最優(yōu)控制率。τ1<τ2<···<τla,]]>i＝1，2，…，la，τi表示已知的相應(yīng)狀態(tài)變量滯后時(shí)間，且τi≠0，la表示狀態(tài)變量滯后的重?cái)?shù)；d1<d2<···<dlb,]]>i＝1，2，…，lb，di表示已知的相應(yīng)操縱變量滯后時(shí)間，lb表示操縱變量滯后的重?cái)?shù)，且有d1＝0，即操縱變量中可能有部分分量沒(méi)有滯后；這些滯后時(shí)間的大小均為已知的模型參數(shù)，在先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以用來(lái)計(jì)算最優(yōu)控制率。ΔA，ΔAi，ΔBi分別為被控過(guò)程的非線性、時(shí)變性及不確定性參數(shù)，且具有與上述常數(shù)矩陣A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb相應(yīng)的維數(shù)；其為未知的模型參數(shù)。Δτi，Δdi分別表示狀態(tài)及輸入純滯后時(shí)間的非線性、時(shí)變性及不確定性，也為未知的模型參數(shù)。根據(jù)上述的數(shù)學(xué)描述，完全可以通過(guò)對(duì)被控變量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并依據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果計(jì)算最優(yōu)控制率，將最優(yōu)控制施加到控制系統(tǒng)，就可以對(duì)復(fù)雜滯后過(guò)程進(jìn)行理想的控制，實(shí)現(xiàn)控制目標(biāo)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的主要目的在于提供一種復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，針對(duì)現(xiàn)有的純滯后過(guò)程控制方法的不足，提出適用于多變量、多約束過(guò)程控制，特別是含有多重狀態(tài)滯后及多重輸入滯后的生產(chǎn)過(guò)程控制與優(yōu)化方法，解決復(fù)雜滯后過(guò)程中的控制問(wèn)題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明首先對(duì)每一個(gè)輸出yh相應(yīng)地設(shè)計(jì)選取預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)閜h，h＝1，…，r，即設(shè)計(jì)選取被控過(guò)程的預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)橐粋€(gè)向量P＝[p1，…，ph，…，pr]T，其中，P為r維列向量，r為一整數(shù)。本發(fā)明對(duì)于狀態(tài)變量純滯后時(shí)間比較向量和操縱變量純滯后時(shí)間比較向量進(jìn)行確定，具體的確定方法為1、確定狀態(tài)變量純滯后時(shí)間比較向量的方法狀態(tài)純滯后比較向量為r維列向量，具體的表達(dá)為W＝[w1，……，wr]T，其由下式確定i＝2，…，la-1h＝1，…，r其中，τi為狀態(tài)變量純滯后時(shí)間，la為狀態(tài)變量的滯后重?cái)?shù)，均為已知的模型參數(shù)。ph為對(duì)輸出yh選取的預(yù)測(cè)時(shí)域，為先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選取參數(shù)，參數(shù)wh可以依據(jù)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域及模型參數(shù)離線計(jì)算得到，可以用來(lái)計(jì)算先進(jìn)控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制率。2、確定操縱變量純滯后時(shí)間比較向量的方法控制純滯后比較向量為r維列向量，具體的表達(dá)為G＝[g1，……，gr]T，其由下式確定i＝2，…，lb-1h＝1，…，r其中，di為控制純滯后時(shí)間，lb為操縱變量的滯后重?cái)?shù)，均為已知的模型參數(shù)。ph為對(duì)輸出yh選取的預(yù)測(cè)時(shí)域，為先進(jìn)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)選取參數(shù)，參數(shù)gh可以依據(jù)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域及模型參數(shù)離線計(jì)算得到，可以用來(lái)計(jì)算先進(jìn)控制系統(tǒng)的最優(yōu)控制率。其次，進(jìn)行模型預(yù)測(cè)，即根據(jù)上述已知的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型公式(1)，計(jì)算被控過(guò)程輸出的未來(lái)值，即模型預(yù)測(cè)。具體為選擇第h個(gè)輸出yh的預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)閜h，由(1)式模型預(yù)測(cè)yh未來(lái)第ph步的值，即k+ph時(shí)刻的未來(lái)輸出值，其由下式確定y^h(k+ph)=chAphX(k)+Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σi=1lbΣj=1phchAj-1BiU(k+ph-di-j)+Σj=1phchAj-1FV(k+ph-j)---(2)]]>其中，表示對(duì)yh(k+ph)的預(yù)測(cè)值，ch表示輸出矩陣C的第h行向量，為已知的模型參數(shù)，C=[c1T,···,chT,···,crT]T.]]>根據(jù)上述預(yù)測(cè)時(shí)域ph與狀態(tài)純滯后比較向量W＝[w1，…，wh，…，wr]T及控制純滯后比較向量G＝[g1，…，gh，…，gr]T的確定方法，并假設(shè)由當(dāng)前時(shí)刻y(k)預(yù)測(cè)未來(lái)值時(shí)，將未來(lái)狀態(tài)及未來(lái)干擾的預(yù)測(cè)值按如下假設(shè)處理X(k+j)＝αXX(k)，j＞0V(k+j)＝αVV(k)，j＞0其中，αX，αV為設(shè)計(jì)參數(shù)矩陣；最簡(jiǎn)單的情況為選取αX，αV為單位矩陣，即αX＝I，αV＝I。也可以選取為對(duì)角矩陣或其他形式的非奇異矩陣。同時(shí)，進(jìn)一步假設(shè)U(k+j)＝U(k)，j＞0，上述的公式(2)可進(jìn)一步表達(dá)為如下形式y(tǒng)^h(k+ph)=chAphX(k)+Σi=1whΣj=1ph-τichAj-1AiαXX(k)+Σi=1whΣj=ph-τi+1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σj=wh+1laΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)+Σi=1ghΣj=1ph-dichAj-1BiU(k)]]>+Σi=1ghΣj=ph-di+1phchAj-1BiU(k+ph-di-j)+Σi=gh+1lbΣj=1phchAj-1BiU(k+ph-di-j)]]>+Σj=1phchAj-1FαVV(k)---(3)]]>此外，依據(jù)已知被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型公式(1)，使用已知的歷史狀態(tài)變量值X(k-i)，i＝1，…，ph和已經(jīng)計(jì)算得到的歷史輸入U(xiǎn)(k-i)，i＝1，…，ph，對(duì)當(dāng)前k時(shí)刻輸出y(k)值進(jìn)行預(yù)測(cè)，其由下式確定y^h(k)=ckAphX(k-ph)+Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k-τi-j)]]>+Σi=1lbΣj=1phchAj-1BiU(k-di-j)+Σj=1phchAj-1FV(k-j)---(4)]]>其中，表示對(duì)輸出yh(k)的預(yù)測(cè)值。然后再進(jìn)行反饋校正，即利用當(dāng)前時(shí)刻輸出變量的實(shí)測(cè)值yh(k)及對(duì)當(dāng)前時(shí)刻輸出的預(yù)測(cè)值進(jìn)行在線反饋校正，其由下式確定yCh(k+ph)=y^h(k+ph)+[yh(k)-y^h(k)]]]>其中，yCh(k+ph)表示經(jīng)過(guò)反饋修正以后對(duì)未來(lái)k+ph時(shí)刻的預(yù)測(cè)值。將上述的公式(3)和公式(4)式代入上式，得到在線校正后的預(yù)測(cè)值yCh(k+ph)=yh(k)+[chAphX(k)+Σi=1whΣj=1ph-τichAj-1AiαXX(k)+Σi=1whΣj=ph-τi+1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σi=wh+1laΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)+Σi=1ghΣj=1ph-dichAj-1BiU(k)]]>+Σi=1ghΣj=ph-di+1phchAj-1BiU(k+ph-di-j)+Σi=gh+1lbΣj=1phchAj-1BiU(k+ph-di-j)]]>+Σj=1phchAj-1FαVV(k)]-[chAphX(k-ph)+Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k-τi-j)]]>+Σi=1lbΣj=1phchAj-1BiU(k-di-j)+Σj=1phchAj-1FV(k-j)]---(5)]]>最后進(jìn)行最優(yōu)控制，對(duì)所有輸出的未來(lái)時(shí)刻預(yù)測(cè)值，經(jīng)過(guò)反饋校正后，令其等于被控變量未來(lái)輸出的給定值，即yCh(k+ph)＝y(tǒng)sh(k+ph)，并表達(dá)為增量形式，ΔU(k)＝U(k)-U(k-1)YS(k+P)＝Y(jié)(k)+KΔX(P)+S(P)ΔU(k)+FU(z-1)ΔU(k-1)+HX(z-1)X(k)+FV(z-1)V(k)(6)其中，相應(yīng)的參數(shù)項(xiàng)由以下公式分別確定，具體說(shuō)明如下YS(k+P)=ysl(k+p1)···ysh(k+ph)···ysr(k+pr)]]>為被控變量的給定值，其可以由操作人員依據(jù)生產(chǎn)調(diào)度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求設(shè)定；Y(k)=y1(k)···yh(k)···yr(k)]]>為被控變量的實(shí)際測(cè)量值；KΔX(P)=K1[X(k)-X(k-p1)]···Kh[X(k)-X(k-ph)]···Kr[X(k)-X(k-pr)]=c1Ap1[X(k)-X(k-p1)]···chAph[X(k)-X(k-ph)]···crApr[X(k)-X(k-pr)]]]>為實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋?lái)?xiàng)，X(k)為實(shí)測(cè)狀態(tài)變量的當(dāng)前值，X(k-ph)，h＝1，…，r為第ph步以前狀態(tài)變量的歷史值，其中相應(yīng)的參數(shù)K1，K2，…，Kr，可依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算得到；為被控過(guò)程的脈沖響應(yīng)系數(shù)；對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，依據(jù)控制純滯后比較向量的確定方法，計(jì)算出G＝[g1，…，gh，…，gr]T后，此時(shí)，S(P)的各個(gè)參數(shù)均可以離線計(jì)算得到，不必在線實(shí)時(shí)計(jì)算，從而使先進(jìn)控制系統(tǒng)在實(shí)施與應(yīng)用過(guò)程中，減少了集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystems，簡(jiǎn)稱DCS)的運(yùn)行負(fù)荷。FU(z-1)ΔU(k-1)=FU1(z-1)ΔU(k-1)···FUh(z-1)ΔU(k-1)···FUr(z-1)ΔU(k-1)]]>為歷史控制作用的反饋?lái)?xiàng)，具體的確定算式如下FUh(z-1)ΔU(k-1)=Σi=1ghΣm=1diΣj=1ph-di+mchAj-1BiΔU(k-m)+Σi=gh+1lbΣm=1+di-phdiΣj=1ph-di+mchAj-1ΔU(k-m)]]>-Σi=1lbΣm=1phΣj=1mchAj-1BiΔU(k-di-m)+Σi=1lbΣj=1phΣm=1phchAj-1BiΔU(k-di-m)]]>其中，參數(shù)項(xiàng)Σi=1ghΣm=1diΣj=1ph-di+mchAj-1Bi,]]>Σi=gh+1lbΣm=1+di-phdiΣj=1ph-di+mchAj-1Bi,]]>Σi=1lbΣm=1phΣj=1mchAj-1Bi,]]>Σi=1lbΣj=1phΣm=1phchAj-1Bi,]]>對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，依據(jù)控制純滯后比較向量的確定方法，計(jì)算出G＝[g1，…，gh，…，gr]T后，這些參數(shù)均可以依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算得到，不必在線實(shí)時(shí)計(jì)算，從而使先進(jìn)控制系統(tǒng)在實(shí)施與應(yīng)用過(guò)程中，減少了集散控制系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。當(dāng)gh+1＞lb時(shí)，即選取的預(yù)測(cè)時(shí)域均大于輸入純滯后時(shí)間，參數(shù)項(xiàng)Σi=gh+1lbΣm=1+di-phdiΣj=1ph-di+mchAj-1Bi=0.]]>HX(z-1)X(k)=HX1(z-1)X(k)···HXh(z-1)X(k)···HXr(z-1)X(k)]]>為歷史狀態(tài)反饋?lái)?xiàng)，其確定算式如下HXh(z-1)X(k)=Σi=1whΣj=1ph-τichAj-1AiαXX(k)+Σi=1whΣj=ph-τi+1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σi=wh+1laΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)-Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k-τi-j)]]>其中，對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，依據(jù)狀態(tài)純滯后比較向量的確定方法，計(jì)算出W＝[w1，…，wh，…，wr]T后，這些參數(shù)Σi=1whΣj=1ph-τichAj-1AiαX,]]>Σi=1whΣj=ph-τi+1phchAj-1Ai,]]>Σi=wh+1laΣj=1phchAj-1Ai,]]>Σi=1laΣj=1phchAj-1Ai]]>均可以依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算得到，不必在線實(shí)時(shí)計(jì)算，從而使先進(jìn)控制系統(tǒng)在實(shí)施與應(yīng)用過(guò)程中，減少了集散控制系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。當(dāng)wh+1＞la時(shí)，即選取的預(yù)測(cè)時(shí)域均大于狀態(tài)純滯后時(shí)間，參數(shù)項(xiàng)Σi=wh+1laΣj=1phchAj-1Ai=0.]]>FV(z-1)V(k)=FV1(z-1)V(k)···FVh(z-1)V(k)···FVr(z-1)V(k)]]>為可測(cè)量干擾的前饋?lái)?xiàng)，具體的確定算式如下FVh(z-1)V(k)=Σj=1PhchAj-1FαVV(k)-Σj=1PhchAj-1FV(k-j)]]>其中，V(k)為當(dāng)前時(shí)刻的干擾值，對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，這些參數(shù)Σj=1PhchAj-1FαV,]]>Σj=1PhchAj-1F]]>均可以依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算得到，不必在線實(shí)時(shí)計(jì)算，從而使先進(jìn)控制系統(tǒng)在實(shí)施與應(yīng)用過(guò)程中，減少了集散控制系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷。設(shè)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)被控變量的給定值為YS(k)=ys1(k)···ysh(k)···ysr(k)]]>最優(yōu)化目標(biāo)為J＝ETQE其中，Q為偏差加權(quán)矩陣，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，最簡(jiǎn)單的情況可以設(shè)計(jì)選取為單位矩陣即Q＝I。被控變量的測(cè)量值與其給定值的偏差矩陣為E＝{[y1(k+p1)-ys1(k)]，…，[yh(k+ph)-ysh(k)]，…，[yr(k+pr)-ysr(k)]}T使目標(biāo)J為最小值的最優(yōu)控制率的增量形式，由下式確定ΔU(k)＝[ST(P)QS(P)]-1ST(P)Q{YS(k)-Y(k)-KΔX(P)-HX(z-1)X(k)-FU(z-1)ΔU(k-1)-FV(z-1)V(k)(7)本發(fā)明還進(jìn)一步依據(jù)約束限判斷規(guī)則庫(kù)的判斷邏輯規(guī)則關(guān)系，對(duì)計(jì)算得到的最優(yōu)控制率ΔU(k)進(jìn)行判斷，得到最終滿足約束條件的控制增量ΔU(k)，并將其施加的被控過(guò)程中去，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法。具體的約束限判斷包括如下的具體內(nèi)容規(guī)則1如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果超上上限記數(shù)器記錄的值不小于允許連續(xù)超上上限的次數(shù)，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制，并將給定值設(shè)置為被控參數(shù)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；規(guī)則2如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果超下下限記數(shù)器≥允許連續(xù)超下下限的次數(shù)，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制，并將給定值設(shè)置為被控參數(shù)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；規(guī)則3如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0；規(guī)則4如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0；規(guī)則5如果|y(k)-y(k-1)|不小于設(shè)定的被控變量速率限，則超速率限記數(shù)器加1；如果超速率限記數(shù)器加≥允許連續(xù)超速率限的次數(shù)，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制，并將給定值設(shè)置為被控參數(shù)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；其中，y(k)為被控變量；Δu(k)為操縱變量的增量。對(duì)于速率限而言如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＜0，則Δu(k)為負(fù)的速率限；如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＞0，則Δu(k)為速率限；如果u(k)不小于上限值，則u(k)取上限值；如果u(k)不大于下限值，則u(k)取下限值；其中，u(k)為操縱變量；Δu(k)為操縱變量的增量。過(guò)程變量和操縱變量之間的關(guān)系如下如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量也增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量減少，則設(shè)置Δu(k)為0，如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量也減少，則設(shè)置Δu(k)為0；其中，R(k)為相關(guān)過(guò)程變量；Δu(k)為操縱變量的增量。本發(fā)明的方法可以通過(guò)這樣的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)由被控過(guò)程、約束限判斷模塊、離散響應(yīng)模塊、加法器、被控過(guò)程模型、實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊、反饋校正模塊和減法器組成；其中，輸入的被控變量的設(shè)定值經(jīng)過(guò)加法器、離散響應(yīng)模塊和約束限判斷模塊傳輸?shù)奖豢剡^(guò)程，其控制該被控過(guò)程輸出的被控變量；該被控變量作為負(fù)反饋到加法器與輸入的被控變量的給定值進(jìn)行加法運(yùn)算后傳輸給離散響應(yīng)模塊，用于調(diào)整傳輸給被控過(guò)程的操縱變量；被控過(guò)程的狀態(tài)變量輸出到實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊，并經(jīng)過(guò)該實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊傳輸?shù)诫x散響應(yīng)模塊，用于進(jìn)行狀態(tài)反饋；由約束限判斷模塊輸出的操控變量同時(shí)傳輸給被控過(guò)程和被控過(guò)程模型，而另一路被控過(guò)程和被控過(guò)程模型的輸出經(jīng)過(guò)減法器進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)過(guò)反饋校正模塊傳輸?shù)诫x散響應(yīng)模塊，用于對(duì)輸入的操控變量進(jìn)行調(diào)整。本發(fā)明依據(jù)被控過(guò)程工藝情況、裝置中已經(jīng)安裝的測(cè)點(diǎn)情況，選取有關(guān)的過(guò)程變量為狀態(tài)變量，使用這種實(shí)測(cè)的狀態(tài)變量計(jì)算最優(yōu)控制率；并通過(guò)選取可測(cè)干擾變量設(shè)計(jì)模型預(yù)測(cè)前饋來(lái)計(jì)算最優(yōu)控制率，實(shí)現(xiàn)了實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋設(shè)計(jì)，增大了控制系統(tǒng)對(duì)被控過(guò)程工藝變化、操作控制變化的適應(yīng)范圍，提高了控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性及抗干擾能力。圖1為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法實(shí)施例中先進(jìn)控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖；圖2為本發(fā)明先進(jìn)控制系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖；圖3為本發(fā)明先進(jìn)控制系統(tǒng)的一實(shí)施例構(gòu)成圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明參見(jiàn)圖1，以催化裂化裝置主分餾塔塔頂塔段先進(jìn)控制為例，詳細(xì)介紹本發(fā)明的方法催化裂化主分餾塔塔頂塔段的主要控制參數(shù)為粗汽油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(例如粗汽油干點(diǎn)控制，以及塔頂?shù)臏囟鹊?。主要操作手段有三種情況(1)通過(guò)換熱三通閥TC202調(diào)節(jié)塔頂部分的換熱量，該換熱三通閥TC202涉及三個(gè)參數(shù)1)測(cè)量值TC202.PV，2)給定值TC202.SP，3)閥位TC202.OUT；(2)通過(guò)調(diào)節(jié)閥FC207調(diào)節(jié)塔頂循環(huán)回流流量；(3)通過(guò)調(diào)節(jié)閥FC206調(diào)節(jié)塔頂冷回流流量。這三種操作手段可分別調(diào)節(jié)也可以同時(shí)調(diào)節(jié)。在基于動(dòng)態(tài)機(jī)理模型的汽油產(chǎn)品質(zhì)量先進(jìn)控制系統(tǒng)中，應(yīng)用系統(tǒng)現(xiàn)有的測(cè)點(diǎn)，選取塔頂溫度TC202.PV、頂循返塔溫度T221、頂循抽出溫度T222及塔頂壓力P204的測(cè)量值為狀態(tài)變量，從實(shí)際工程實(shí)施與應(yīng)用出發(fā)，使用如下的簡(jiǎn)化離散狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型表示上述的控制過(guò)程X(k+1)=AX(k)+Σi=13AiX(k-τi)+Σi=13BiU(k-di)+FV(k)]]>這里，狀態(tài)變量的滯后重?cái)?shù)Y(k)＝CX(k)為la＝3，操縱變量的滯后重?cái)?shù)為lb＝3。選取4個(gè)狀態(tài)變量如下X(k)=x1(k)x2(k)x3(k)x4(k),]]>其中，x1＝TC202.PV塔頂溫度(單位℃)，x2＝T221頂循返塔溫度(單位℃)，x3＝T222頂循抽出溫度(單位℃)，x4＝P204塔頂壓力(單位MPa(兆帕))。這4個(gè)狀態(tài)變量在實(shí)際的生產(chǎn)裝置中均為已有的測(cè)點(diǎn)，所以都可以通過(guò)集散控制系統(tǒng)(DistributedControlSystems，簡(jiǎn)稱DCS)直接測(cè)試得到，從而可以實(shí)現(xiàn)模型預(yù)測(cè)控制的實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋設(shè)計(jì)。選取3個(gè)操縱變量如下U(k)=u1(k)u2(k)u3(k),]]>其中，u1＝TC202.OUT塔頂換熱三通閥閥位(單位％)，u2＝FC207.OUT塔頂循流量調(diào)節(jié)閥閥位(單位％)，u3＝FC206.OUT塔頂冷回流調(diào)節(jié)閥閥位(單位％)。這3個(gè)操縱變量也可以通過(guò)DCS直接采集得到，由復(fù)雜滯后控制系統(tǒng)計(jì)算出的最優(yōu)控制率公式(7)，施加到控制系統(tǒng)中，即改變相應(yīng)調(diào)節(jié)閥的閥位，從而實(shí)現(xiàn)其先進(jìn)控制方法。選取3個(gè)被控變量如下Y(k)=y1(k)y2(k)y3(k),]]>其中，y1＝粗汽油產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)(例如粗汽油干點(diǎn)℃，設(shè)計(jì)為給定點(diǎn)被控變量[SetPointControlledVariables])，y2＝TC202.PV塔頂溫度的測(cè)量值(單位℃)(PV，ProcessVariables)，設(shè)計(jì)為區(qū)域被控變量(ZoneControlledVariables)，y3＝T222頂循抽出溫度的測(cè)量值(單位℃)(PV，ProcessVariables)，設(shè)計(jì)為區(qū)域被控變量。這3個(gè)被控變量的測(cè)量值(PV)可以通過(guò)DCS直接測(cè)量得到。選取2個(gè)可測(cè)干擾變量如下V(k)=v1(k)v2(k),]]>其中，v1＝T224塔頂塔段下部溫度(單位℃)，v2＝由富吸收油返塔溫度T223(單位℃)及流量F219(單位t/h(噸/小時(shí)))計(jì)算的返塔熱量(單位kJ(千焦))。這2個(gè)干擾變量可以通過(guò)DCS直接測(cè)量得到。因此，可以設(shè)計(jì)可測(cè)量干擾變量模型預(yù)測(cè)前饋，從而減少塔頂塔段下部操作控制的變化對(duì)塔頂塔段的影響，以及富吸收油返回主分餾塔的溫度及流量變化對(duì)塔頂塔段的影響，提高先進(jìn)控制系統(tǒng)的控制性能及抗干擾能力。上述的模型參數(shù)分別為狀態(tài)變量的滯后重?cái)?shù)為la＝3，狀態(tài)變量純滯后時(shí)間分別為τ1＝1，τ2＝2，τ3＝3，因此，相應(yīng)的矩陣參數(shù)分別為A=0.88270.06510.01101.010000.84760.012000.00200.01200.906000.0002000.7790]]>A1=0000000000.012000000,]]>A2=0000000.012000000000,]]>A3=000.011000000.0020000000.]]>操縱變量的滯后重?cái)?shù)為lb＝3，操縱變量純滯后時(shí)間分別為d1＝0，d2＝1，d3＝2，因此，相應(yīng)的矩陣參數(shù)分別為B1=00-0.196400-0.230400-0.0040000.0002,]]>B2=0-0.137500-0.2550000000,]]>B3=000-0.200000000]]>C=0.42000.10000.33000.020010000010,]]>F=00.1000.20.200]]>首先，對(duì)3個(gè)被控變量分別設(shè)計(jì)選取預(yù)測(cè)時(shí)域如下P=p1p2p3=12516]]>依據(jù)狀態(tài)變量純滯后時(shí)間比較向量的確定方法，可確定出狀態(tài)純滯后比較向量為W=w1w2w3=333]]>依據(jù)操縱變量純滯后時(shí)間比較向量的確定方法，可確定出控制純滯后比較向量為G=g1g2g3=333]]>設(shè)計(jì)選取矩陣αX為αX=1000010000100001]]>設(shè)計(jì)選取矩陣αV為αV=1001]]>設(shè)計(jì)選取偏差加權(quán)矩陣Q為Q=100010001]]>設(shè)計(jì)選取控制率衰減矩陣βu為βu=0.60000.50000.9]]>設(shè)計(jì)選取狀態(tài)反饋加權(quán)矩陣βx為βx=0.60000100000.800001]]>確定計(jì)算出S(P)項(xiàng)的參數(shù)為S(P)=S1(12)S2(5)S3(16)=-0.2464-0.7130-0.8928-0.0356-0.5434-0.8902-0.0880-0.1328-0.1688]]>確定計(jì)算出KΔX(P)項(xiàng)的參數(shù)為KΔX(P)=K1[X(k)-X(k-12)]K2[X(k)-X(k-5)K3[X(k)-X(k-16)]]]>K1＝K2＝K3＝其中，X(k)表示當(dāng)前k時(shí)刻值，由DCS直接測(cè)量得到；X(k-12)、X(k-5)、X(k-16)分別表示由當(dāng)前時(shí)刻k算起，第12、5、16步的歷史值，均為先進(jìn)控制系統(tǒng)保存的歷史數(shù)據(jù)。確定計(jì)算出FU(z-1)ΔU(k-1)項(xiàng)的參數(shù)為FU(z-1)ΔU(k-1)＝F1ΔU(k-1)+F2ΔU(k-2)+F3ΔU(k-3)+F4ΔU(k-4)+…+F16ΔU(k-16)+F17ΔU(k-17)其中，ΔU(k-1)、ΔU(k-2)、ΔU(k-3)、…、ΔU(k-16)、ΔU(k-17)分別表示第1、2、3、至16、17步的歷史值，均為先進(jìn)控制系統(tǒng)保存的歷史數(shù)據(jù)。F1=-0.2681-0.7540-0.7859-0.0649-0.6702-0.6938-0.0948-0.1419-0.1648,]]>F2=-0.2884-0.6708-0.6851-0.0988-0.5327-0.5056-0.1013-0.1419-0.1580]]>F3=-0.2684-0.5901-0.5905-0.0988-0.3947-0.3268-0.1013-0.1386-0.1492,]]>F4=-0.2452-0.5128-0.5022-0.0857-0.2588-0.1581-0.0989-0.1327-0.1388]]>F5=-0.2200-0.4392-0.4201-0.0632-0.12680-0.0947-0.1249-0.1274,]]>F6=-0.1936-0.3697-0.3440-0.033900-0.0891-0.1157-0.1153]]>F7=-0.1669-0.3045-0.2738000-0.0825-0.1055-0.1028,]]>F8=-0.1403-0.2436-0.2091000-0.0752-0.0947-0.0902]]>F9=-0.1143-0.1869-0.1497000-0.0674-0.0836-0.0777,]]>F10=-0.0891-0.1343-0.0953000-0.0595-0.0723-0.0653]]>F11=-0.0649-0.0858-0.0455000-0.0514-0.0611-0.0533,]]>F12=-0.0420-0.04110000-0.0434-0.0500-0.0416]]>F13=-0.020300000-0.0355-0.0392-0.0305,]]>F14=000000-0.0278-0.0288-0.0198]]>F15=000000-0.0204-0.0187-0.0096,]]>F16=000000-0.0133-0.00910]]>F17=000000-0.006500,]]>確定計(jì)算出HX(z-1)X(k)項(xiàng)的參數(shù)為HX(z-1)X(k)＝H0X(k)+H1X(k-1)+H2X(k-2)+H3X(k-3)+H4X(k-4)+…+H17X(k-17)+H18X(k-18)其中，X(k)表示當(dāng)前k時(shí)刻值，由DCS直接測(cè)量得到；X(k-1)、X(k-2)、…、X(k-17)、X(k-18)分別表示由當(dāng)前時(shí)刻k算起，第1、2至17、18步的歷史值，均為先進(jìn)控制系統(tǒng)保存的歷史數(shù)據(jù)。H0=0.00440.03030.041600.00000.00070.022800.01540.09900.00610,]]>H1=0.00030.00170.002800.00000.00040.010300.00060.00280.00050]]>H2=0.0003-0.00400.002600.000100.009600.0005-0.01200.00050,]]>H3=0.0003-0.00370.000000.0001-0.00010.006700.0005-0.01090.00010]]>H4=-0.0007-0.0034-0.006000-0.0002-0.01180-0.0020-0.0099-0.00010,]]>H5=-0.0006-0.0031-0.00560-0.0000-0.0003-0.01110-0.0018-0.0089-0.00030]]>H6=-0.0006-0.0029-0.00520-0.0000-0.0004-0.01030-0.0016-0.0081-0.00040,]]>H7=-0.0005-0.0027-0.00480-0.00010-0.00960-0.0015-0.0073-0.00040]]>H8=-0.0005-0.0025-0.00440-0.00010-0.00670-0.0013-0.0067-0.00050,]]>H9=-0.0004-0.0023-0.004100000-0.0012-0.0060-0.00050]]>H10=-0.0004-0.0021-0.003700000-0.0011-0.0055-0.00060,]]>H11=-0.0004-0.0019-0.003400000-0.0010-0.0050-0.00060]]>H12=-0.0004-0.0018-0.003100000-0.0009-0.0045-0.00060,]]>H13=-0.0003-0.0017-0.002800000-0.0008-0.0041-0.00060]]>H14=-0.00030-0.002600000-0.0008-0.0037-0.00050,]]>H15=-0.00030-0.001200000-0.0007-0.0034-0.00050]]>H16=00000000-0.0006-0.0031-0.00050,]]>H17=00000000-0.0006-0.0028-0.00050]]>H18=00000000-0.00050-0.00050]]>確定計(jì)算出FV(z-1)V(k)項(xiàng)的參數(shù)為FV(z-1)V(k)＝FV0V(k)+FV1V(k-1)+FV2V(k-2)+FV3V(k-3)+…+FV15V(k-15)+FV16V(k-16)其中，V(k)表示可測(cè)量干擾變量當(dāng)前k時(shí)刻值，由DCS直接測(cè)量得到；V(k-1)、V(k-2)、…、V(k-15)、V(k-16)分別表示由當(dāng)前時(shí)刻k算起，第1、2至15、16步的歷史值，均為先進(jìn)控制系統(tǒng)保存的歷史數(shù)據(jù)。FV0=0.53240.81330.01900.41491.69571.7050,]]>FV1=-0.0660-0.10800-0.1000-0.2000-0.2000,]]>FV2=-0.0610-0.0981-0.0022-0.0905-0.1812-0.1814]]>FV3=-0.0563-0.0892-0.0041-0.0820-0.1642-0.1646,]]>FV4=-0.0521-0.0811-0.0057-0.0745-0.1488-0.1493,]]>FV5=-0.0481-0.0738-0.0070-0.0678-0.1349-0.1355]]>FV6=-0.0445-0.067300-0.1223-0.1230,]]>FV7=-0.0411-0.061300-0.1109-0.1116,]]>FV8=-0.0380-0.055900-0.1006-0.1013]]>FV9=-0.0351-0.051000-0.0913-0.0920,]]>FV10=-0.0325-0.046500-0.0828-0.0835,]]>FV11=-0.0300-0.042400-0.0751-0.0759]]>FV12=-0.0277-0.038700-0.0682-0.0689]]>FV13=0000-0.0619-0.0626,]]>FV14=0000-0.0562-0.0569]]>FV15=0000-0.0510-0.0516,]]>FV16=0000-0.0463-0.0469]]>依據(jù)上述確定出的相應(yīng)參數(shù)，由此可以確定出最優(yōu)控制率，由下式確定ΔU(k)＝[ST(P)QS(P)]-1ST(P)Q{YS(k)-Y(k)-KΔX(P)-HX(z-1)X(k)-FU(z-1)ΔU(k-1)-FV(z-1)V(k)}設(shè)計(jì)選取關(guān)鍵被控變量選取產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)粗汽油干點(diǎn)(℃)y1為關(guān)鍵被控變量，設(shè)計(jì)如下約束限，上上限(HH_Lmt＝203℃)、上限(H_Lmt＝201℃)、下限(L_Lmt＝197℃)、下下(LL_Lmt＝195℃)限及速率限(V_Lmt＝2℃)。用HH_CONTER表示超上上限記數(shù)器，HH_NUMBER表示允許連續(xù)超上上限的次數(shù)，例如HH_NUMBER＝5，即允許連續(xù)出現(xiàn)5次超上上限。用LL_CONTER表示超下下限記數(shù)器，LL_NUMBER表示允許連續(xù)超下下限的次數(shù)，例如LL_NUMBER＝5。用V_CONTER表示超速率限記數(shù)器，V_NUMBER表示允許連續(xù)超速率限的次數(shù)，例如V_NUMBER＝5。這些約束限均可以根據(jù)裝置操作控制的實(shí)際情況在線實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)定。根據(jù)對(duì)被控過(guò)程的操作控制分析，確定出如果操縱變量增加Δu(k)＞0使被控變量也增加用Y+表示，如果操縱變量增加使被控變量減少用Y-表示，如果操縱變量減少Δu(k)＜0使被控變量增加用y+表示，如果操縱變量減少使被控變量也減少用y_表示。依據(jù)如下規(guī)則調(diào)整控制率規(guī)則1如果y(k)≥HH_Lmt，Δu(k)＞0，Y+同時(shí)成立，則Δu(k)＝0，HH_CONTER＝HH_CONTER+1；如果y(k)≥HH_Lmt，Δu(k)＜0，y+同時(shí)成立，則Δu(k)＝0，HH_CONTER＝HH_CONTER+1；如果HH_CONTER≥HH_NUMBER，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制程序，并實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換到操作員控制，以確保被控過(guò)程安全。規(guī)則2如果y(k)≤LL_Lmt，Δu(k)＞0，Y-同時(shí)成立，則Δu(k)＝0，LL_CONTER＝LL_CONTER+1；如果y(k)≤LL_Lmt，Δu(k)＜0，y_同時(shí)成立，則Δu(k)＝0，LL_CONTER＝LL_CONTER+1；如果LL_CONTER≥LL_NUMBER，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制程序，并實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換到操作員控制，確保被控過(guò)程安全。規(guī)則3如果y(k)≥H_Lmt，Δu(k)＞0，Y+同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；如果y(k)≥H_Lmt，Δu(k)＜0，y+同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；規(guī)則4如果y(k)≤L_Lmt，Δu(k)＞0，Y-同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；如果y(k)≤L_Lmt，Δu(k)＜0，y_同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；規(guī)則5如果|y(k)-y(k-1)|≥V_Lmt，則V_CONTER＝V_CONTER+1；如果V_CONTER≥V_NUMBER，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制程序，并實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換到操作員控制，確保被控過(guò)程安全。設(shè)計(jì)選取操作變量的約束限對(duì)操縱變量設(shè)計(jì)約束限，例如u1＝TC202.OUT塔頂換熱三通閥閥位(單位％)開(kāi)度的上限(H_LMT[1]＝75％)、下限(L_LMT[1]＝25％)及速率限(V_LMT[1]＝3％)，u2＝FC207.OUT塔頂循環(huán)流量調(diào)節(jié)閥閥位(單位％)開(kāi)度的上限(H_LMT[2]＝90％)、下限(L_LMT[2]＝50％)及速率限(V_LMT[2]＝3％)，u3＝FC206.OUT塔頂冷回流調(diào)節(jié)閥閥位(單位％)開(kāi)度的上限(H_LMT[3]＝25％)、下限(L_LMT[3]＝10％)及速率限(V_LMT[3]＝2％)。這些約束限均可以根據(jù)裝置操作控制的實(shí)際情況在線實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)定。依據(jù)如下規(guī)則調(diào)整控制率如果|Δu(k)|≥V_LMT，Δu(k)＜0同時(shí)成立，則Δu(k)＝-V_LMT；如果|Δu(k)|≥V_LMT，Δu(k)＞0同時(shí)成立，則Δu(k)＝V_LMT；如果|Δu(k)|≥H_LMT，則u(k)＝H_LMT；如果|Δu(k)|≤L_LMT，則u(k)＝L_LMT；其中u(k)＝u(k-1)+Δu(k)。設(shè)計(jì)選取相關(guān)變量的約束限設(shè)計(jì)選取區(qū)域被控變量y2——塔頂溫度TC202.PV(℃)為相關(guān)變量用R1(k)，設(shè)計(jì)上限(HR_LMT[1]＝110℃)及下限(LR_lmt[1]＝102℃)約束。區(qū)域被控變量y3——頂循抽出溫度(℃)為相關(guān)變量用R2(k)，設(shè)計(jì)上限(HR_LMT[2]＝135℃)及下限(LR_lmt[2]＝122℃)約束。狀態(tài)變量x4——P204塔頂壓力(單位MPa(兆帕))為相關(guān)變量用R3(k)，設(shè)計(jì)上限(HR_LMT[3]＝0.15MPa)及下限(LR_lmt[3]＝0.11MPa)約束。這些約束限均可以根據(jù)裝置操作控制的實(shí)際情況在線實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)定。根據(jù)對(duì)被控過(guò)程的操作控制分析，確定出如果操縱變量增加Δu(k)＞0使相關(guān)變量也增加用R+表示，如果操縱變量增加使相關(guān)變量減少用R-表示。如果操縱變量減少Δu(k)＜0使相關(guān)變量增加用r+表示，如果操縱變量減少使相關(guān)變量也減少用r_表示。依據(jù)如下規(guī)則調(diào)整控制率如果R(k)≥HR_LMT，Δu(k)＞0，R+同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；如果R(k)≥HR_LMT，Δu(k)＜0，r+同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；如果R(k)≤LR_LMT，Δu(k)＞0，R-同時(shí)成立，則Δu(k)＝0；如果R(k)≤LR_LMT，Δu(k)＜0，r_同時(shí)成立，則Δu(k)＝0。參見(jiàn)圖2，本發(fā)明的系統(tǒng)由被控過(guò)程4、約束限判斷模塊3、離散響應(yīng)模塊2、加法器1、被控過(guò)程模型5、實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊6、反饋校正模塊7和加法器8構(gòu)成；其中，輸入的被控變量I的設(shè)定值經(jīng)過(guò)加法器1、離散響應(yīng)模塊2和約束限判斷模塊3傳輸?shù)奖豢剡^(guò)程4，其控制該被控過(guò)程4輸出被控變量0；該被控變量0作為負(fù)反饋到加法器1與輸入的被控變量I的設(shè)定值進(jìn)行加法運(yùn)算后傳輸給離散響應(yīng)模塊2，用于調(diào)整傳輸給被控過(guò)程4的操縱變量；被控過(guò)程4的狀態(tài)變量輸出到實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊6，并經(jīng)過(guò)該實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊6傳輸?shù)诫x散響應(yīng)模塊2進(jìn)行狀態(tài)反饋；由約束限判斷模塊3輸出的操控變量同時(shí)傳輸給被控過(guò)程4和被控過(guò)程模型5，而被控過(guò)程4和被控過(guò)程模型5的輸出經(jīng)過(guò)減法器8進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)過(guò)反饋校正模塊7傳輸?shù)诫x散響應(yīng)模塊2，用于對(duì)輸入的操控變量進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于上述的被控過(guò)程模型5，其中的各個(gè)參數(shù)符合如下的關(guān)系其中，X∈Rn，為被控過(guò)程模型5的n維狀態(tài)變量；U∈Rr，為被控過(guò)程模型5的r維操縱變量；Y∈Rr，為被控過(guò)程模型5的r維被控變量；V∈Rq，為被控過(guò)程模型5的q維干擾變量；A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb，C∈Rr×n，F(xiàn)∈Rn×q，均為已知的常數(shù)矩陣，用于計(jì)算最優(yōu)控制率；τ1<τ2<···<τla,]]>i＝1，2，…，la，τi表示已知的相應(yīng)狀態(tài)變量滯后時(shí)間，且τi≠0，la表示狀態(tài)變量滯后的重?cái)?shù)；d1<d2<···dlb,]]>i＝1，2，…，lb，di表示已知的相應(yīng)操縱變量滯后時(shí)間，lb表示操縱變量滯后的重?cái)?shù)；ΔA，ΔAi，ΔBi分別為被控過(guò)程4的非線性、時(shí)變性及不確定性參數(shù)，且具有與上述常數(shù)矩陣A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb相應(yīng)的維數(shù)；其為未知的模型參數(shù)；Δτi，Δdi分別表示狀態(tài)及輸入純滯后時(shí)間的非線性、時(shí)變性及不確定性，也為未知的模型參數(shù)。約束限判斷模塊3對(duì)于來(lái)自離散響應(yīng)模塊2的輸入，按照如下的約束判斷規(guī)則進(jìn)行處理規(guī)則1如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果超上上限記數(shù)器記錄的值不小于允許連續(xù)超上上限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制；規(guī)則2如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果超下下限記數(shù)器≥允許連續(xù)超下下限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制；規(guī)則3如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0；規(guī)則4如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0；規(guī)則5如果|y(k)-y(k-1)|不小于設(shè)定的被控變量速率限，則超速率限記數(shù)器加1；如果超速率限記數(shù)器加≥允許連續(xù)超速率限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制；對(duì)于速率限而言如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＜0，則Δu(k)為負(fù)的速率限；如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＞0，則Δu(k)為速率限；如果u(k)不小于上限值，則u(k)取上限值；如果u(k)不大于下限值，則u(k)取下限值；過(guò)程變量和操縱變量之間的關(guān)系如下如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量也增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量減少，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量也減少，則設(shè)置Δu(k)為0；上述的y(k)為被控變量；u(k)為操縱變量；R(k)為相關(guān)過(guò)程變量；Δu(k)為操縱變量的增量。離散響應(yīng)模塊2對(duì)于由加法器1輸入的各參數(shù)按照如下的公式進(jìn)行計(jì)算和處理其中，A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb，C∈Rr×n，F(xiàn)∈Rn×q，均為已知的常數(shù)矩陣，用于計(jì)算最優(yōu)控制率。參見(jiàn)圖3，為了對(duì)由離散響應(yīng)模塊2計(jì)算出的控制率進(jìn)行衰減，以適應(yīng)被控過(guò)程操作條件的變化及非線性、時(shí)變性的變化，本發(fā)明的系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)有控制率衰減模塊9，同時(shí)，為了對(duì)由被控過(guò)程4輸出的狀態(tài)變量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，并進(jìn)一步計(jì)算適應(yīng)被控過(guò)程操作條件的變化及非線性、時(shí)變性變化的最優(yōu)控制率，本發(fā)明的系統(tǒng)還設(shè)有狀態(tài)反饋加權(quán)模塊10；其中，控制率衰減模塊9設(shè)在離散響應(yīng)模塊2和約束限判斷模塊3之間；狀態(tài)反饋加權(quán)模塊10設(shè)在實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊6和被控過(guò)程4之間?？刂坡仕p模塊9的衰減參數(shù)可以在線實(shí)時(shí)設(shè)定；該參數(shù)的減小對(duì)應(yīng)于減弱控制作用，使調(diào)節(jié)過(guò)程變化減慢；參數(shù)的增大對(duì)應(yīng)增強(qiáng)控制作用，使調(diào)節(jié)過(guò)程變化加快；狀態(tài)反饋加權(quán)模塊10的狀態(tài)反饋加權(quán)系數(shù)也可以在線實(shí)時(shí)設(shè)定；該參數(shù)的增大對(duì)應(yīng)其反饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)，調(diào)節(jié)過(guò)程變化加快；參數(shù)減小則對(duì)應(yīng)其反饋?zhàn)饔脺p弱，調(diào)節(jié)過(guò)程變化緩慢。為了對(duì)干擾變量進(jìn)行有效的處理，本發(fā)明的系統(tǒng)中設(shè)置有干擾變量前饋模塊11，該模塊11將可測(cè)干擾變量CK傳輸給離散響應(yīng)模塊2，用于實(shí)現(xiàn)可測(cè)量干擾變量前饋，提高控制系統(tǒng)抗干擾能力；該干擾變量前饋模塊11中的參數(shù)與各個(gè)可測(cè)量干擾變量CK之間符合如下的公式其中，F(xiàn)V(z-1)V(k)=FV1(z-1)V(k)···FVh(z-1)V(k)···FVr(z-1)V(k)]]>FVh(z-1)V(k)為可測(cè)量干擾的前饋?lái)?xiàng)，并且，F(xiàn)Vh(z-1)V(k)=Σj=1phchAj-1FαVV(k)-Σj=1phchAj-1FV(k-j)]]>V(k)為當(dāng)前時(shí)刻的干擾值，對(duì)于已選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，參數(shù)Σj=1phchAj-1FαV,]]>Σj=1phchAj-1F]]>均依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算獲得。最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明書參照上述的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。權(quán)利要求1.一種復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于該方法至少包括如下的步驟步驟1預(yù)測(cè)該復(fù)雜滯后過(guò)程輸出的未來(lái)值；步驟2對(duì)該復(fù)雜滯后過(guò)程當(dāng)前時(shí)刻的輸出值進(jìn)行預(yù)測(cè)；步驟3對(duì)該復(fù)雜滯后過(guò)程進(jìn)行在線反饋校正；步驟4對(duì)該復(fù)雜滯后過(guò)程進(jìn)行最優(yōu)控制；步驟5依據(jù)規(guī)則庫(kù)的判斷邏輯規(guī)則關(guān)系，對(duì)計(jì)算得到的各種變量和最優(yōu)控制率進(jìn)行約束限判斷，得到滿足約束條件的控制增量，并將該控制增量施加到被控過(guò)程中去。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的步驟1具體包括步驟11選擇各控制過(guò)程輸出的預(yù)測(cè)時(shí)域?qū)υ摽刂七^(guò)程輸出的相應(yīng)未來(lái)值進(jìn)行預(yù)測(cè)；步驟12處理未來(lái)狀態(tài)及未來(lái)干擾的預(yù)測(cè)值。3.據(jù)權(quán)利要求2述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的步驟11具體為選擇第h個(gè)輸出yh的預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)閜h，預(yù)測(cè)yh未來(lái)第ph步的值，即k+ph時(shí)刻的未來(lái)輸出值，由下式確定y^h(k+ph)=chAphX(k)+Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σi=1lhΣj=1phchAj-1BiU(k+ph-di-j)+Σi=1phchAj-1FV(k+ph-j)]]>其中，為對(duì)yh(k+ph)的預(yù)測(cè)值；yh(k+ph)為第h個(gè)過(guò)程輸出yh的預(yù)測(cè)時(shí)域?yàn)閜h的k+ph時(shí)刻的未來(lái)輸出值；ch為輸出矩陣C的第h行向量，且C＝[c1T，…，chT，…，crT]T；A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb，C∈Rr×n，F(xiàn)∈Rn×q，均為已知的常數(shù)矩陣，用于計(jì)算最優(yōu)控制率。4.據(jù)權(quán)利要求2述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的步驟12具體為根據(jù)預(yù)測(cè)時(shí)域ph與狀態(tài)變量的純滯后時(shí)間比較向量及控制變量的純滯后時(shí)間比較向量的確定方法，并假設(shè)由當(dāng)前時(shí)刻y(k)預(yù)測(cè)未來(lái)值將未來(lái)狀態(tài)及未來(lái)干擾的預(yù)測(cè)值按如下公式進(jìn)行處理X(k+j)＝αXX(k)，j＞0V(k+j)＝αVV(k)，j＞0其中，X(k+j)為狀態(tài)變量未來(lái)j時(shí)刻的值；V(k+j)為干擾變量未來(lái)j時(shí)刻的值；X(k)為狀態(tài)變量當(dāng)前時(shí)刻值；V(k)為干擾變量當(dāng)前時(shí)刻值；αX為與狀態(tài)變量對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)矩陣；αv為與干擾變量對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)矩陣；j為當(dāng)前時(shí)刻。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的步驟2具體為依據(jù)已知被控過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型式，使用已知的歷史狀態(tài)變量值和已經(jīng)計(jì)算得到的歷史輸入，依據(jù)如下公式對(duì)當(dāng)前時(shí)刻輸出值進(jìn)行預(yù)測(cè)y^h(k+ph)=chAphX(k)+Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σi=1lbΣj=1phchBj-1BiU(k-di-j)+Σi=1phchAj-1FV(k-j)]]>其中，X(k-i)為使用已知的歷史狀態(tài)變量值，且i＝1，…，ph；U(k-i)為已經(jīng)計(jì)算得到的歷史輸入，且i＝1，…，ph；k為當(dāng)前時(shí)刻；y(k)為當(dāng)前時(shí)刻k的輸出值；為對(duì)當(dāng)前輸出yh(k)的預(yù)測(cè)值。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的步驟3具體包括利用當(dāng)前時(shí)刻輸出變量的實(shí)測(cè)值yh(k)及對(duì)當(dāng)前時(shí)刻輸出的預(yù)測(cè)值進(jìn)行在線反饋校正，由如下公式確定yCh(k+ph)=y^h(k+ph)+[yh(k)-y^h(k)]]]>其中，yh(k)為當(dāng)前時(shí)刻輸出變量的實(shí)測(cè)值；為當(dāng)前時(shí)刻輸出的預(yù)測(cè)值；yCh(k+ph)為經(jīng)過(guò)反饋修正以后對(duì)未來(lái)k+ph時(shí)刻的預(yù)測(cè)值。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的步驟4具體為對(duì)所有輸出的未來(lái)時(shí)刻預(yù)測(cè)值，經(jīng)過(guò)反饋校正后，依據(jù)如下公式獲得最優(yōu)控制率yCh(k+ph)＝y(tǒng)sh(k+ph)，其增量形式表達(dá)如下ΔU(k)＝U(k)-U(k-1)YS(k+P)＝Y(jié)(k)+KΔX(P)+S(P)ΔU(k)+FU(z-1)ΔU(k-1)+HX(z-1)X(k)+FV(z-1)V(k)其中，各參數(shù)項(xiàng)由如下公式確定YS(k+P)=ysl(k+p1)···ysh(k+ph)···ysr(k+pr)]]>為被控變量的給定值；Y(k)=y1(k)···yh(k)···yr(k)]]>為被控變量的實(shí)際測(cè)量值；KΔX(P)=K1[X(k)-X(k-p1)]···Kh[X(k)-X(k-ph)]···Kr[X(k)-X(k-pr)]=c1Ap1[X(k)-X(k-p1)]···chAph[X(k)-X(k-p1)]···crApr[X(k)-X(k-pr)]]]>為實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋?lái)?xiàng)；X(k)為實(shí)測(cè)狀態(tài)變量的當(dāng)前值；X(k-ph)，h＝1，…，r為第ph步以前狀態(tài)變量的歷史值；其中，相應(yīng)的參數(shù)K1，K2，…，Kr，依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算得到；S(P)=S1(p1)···Sh(ph)···Sr(pr)=Σi=1g1Σj=1p1-d1c1Aj-1Bi···Σi=1ghΣj=1ph-dichAj-1Bi···Σi=1grΣj=1prcrAj-1Bi]]>為被控過(guò)程的脈沖響應(yīng)系數(shù)；對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，依據(jù)控制純滯后比較向量的確定方法，計(jì)算出G＝[g1，…，gh，…，gr]TFU(z-1)ΔU(k-1)=FU1(z-1)ΔU(k-1)···FUh(z-1)ΔU(k-1)···FUr(z-1)ΔU(k-1)]]>為歷史控制作用的反饋?lái)?xiàng)，HX(z-1)X(k)=FX1(z-1)X(k)···FXh(z-1)X(k)···FXr(z-1)X(k)]]>為歷史狀態(tài)反饋?lái)?xiàng)，具體的確定公式如下HXh(z-1)X(k)=Σi=1whΣj=1ph-τichAj-1AiαXX(k)+Σi=1whΣj=ph-τi+1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)]]>+Σi=wh+1lhΣj=1phchAj-1AiX(k+ph-τi-j)+Σi=1laΣj=1phchAj-1AiX(k+τi-j)]]>其中，對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，依據(jù)狀態(tài)純滯后比較向量的確定方法，計(jì)算出W＝[w1，…，wh，…，wr]T后，參數(shù)Σi=1whΣj=1ph-τichAj-1AiαX,]]>Σi=1whΣj=ph-τi+1phchAj-1Ai,]]>Σi=wh+1laΣj=1phchAj-1Ai,]]>Σi=1laΣj=1phchAj-1Ai]]>均依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算獲取；當(dāng)wh+1＞la時(shí)，即選取的預(yù)測(cè)時(shí)域均大于狀態(tài)純滯后時(shí)間時(shí)，參數(shù)項(xiàng)Σi=wh+1laΣj=1phchAj-1Ai=0]]>FV(z-1)V(k)=FV1(z-1)V(k)···FVh(z-1)V(k)···FVr(z-1)V(k)]]>為可測(cè)量干擾的前饋?lái)?xiàng)，其具體確定算式如下FVh(z-1)V(k)=Σj=1phchAj-1FαVV(k)-Σj=1phchAj-1FV(k-j)]]>其中，V(k)為當(dāng)前時(shí)刻的干擾值，對(duì)于已選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，參數(shù)Σj=1phchAj-1FαV,]]>Σj=1phchAj-1F]]>均依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算獲得；對(duì)于預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)被控變量的給定值YS(k)=ysl(k)···ysh(k)···ysr(k)]]>最優(yōu)化目標(biāo)為J＝ETQE其中，Q為偏差加權(quán)矩陣，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，最簡(jiǎn)單的情況可以設(shè)計(jì)選取為單位矩陣即Q＝I；E為被控變量的測(cè)量值與其給定值的偏差矩陣，其具體為E＝{[y1(k+p1)-ys1(k)]，…，[yh(k+ph)-ysh(k)]，…，[yr(k+pr)-ysr(k)]}T使目標(biāo)J為最小值的最優(yōu)控制率的增量形式，由如下公式確定ΔU(k)＝[ST(P)QS(P)]-1ST(P)Q{YS(k)-Y(k)-KΔX(P)-HX(z-1)X(k)-FU(z-1)ΔU(k-1)-FV(z-1)V(k)}8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的確定狀態(tài)變量的純滯后時(shí)間比較向量依據(jù)如下公式W＝[w1，……，wr]T其中，W是狀態(tài)純滯后時(shí)間比較向量，為r維列向量，且由如下公式確定i＝2，…，la-1h＝1，…，r其中，τi為已知的狀態(tài)變量純滯后時(shí)間；la為已知的狀態(tài)變量的滯后重?cái)?shù)；ph為對(duì)過(guò)程輸出選取的預(yù)測(cè)時(shí)域。9.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的確定操縱變量的純滯后時(shí)間比較向量依據(jù)如下公式G＝[g1，……，gr]T；其中，G為控制純滯后時(shí)間比較向量，為r維列向量，且由如下公式確定i＝2，…，lb-1h＝1，…，r其中，di為已知的控制純滯后時(shí)間；lb為已知的操縱變量的滯后重?cái)?shù)；ph為對(duì)過(guò)程輸出選取的預(yù)測(cè)時(shí)域。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量的上上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量的上上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果超上上限記數(shù)器記錄的值大于允許連續(xù)超上上限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制，并將給定值設(shè)置為被控參數(shù)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；其中，y(k)為被控變量的當(dāng)前值；Δu(k)為操縱變量的增量。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量的下下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量的下下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果超下下限記數(shù)器大于允許連續(xù)超下下限的次數(shù)，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制，并將給定值設(shè)置為被控參數(shù)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；其中，y(k)為被控變量的當(dāng)前值；Δu(k)為操縱變量的增量。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量的上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量的上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0；其中，y(k)為被控變量的當(dāng)前值；Δu(k)為操縱變量的增量。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量的下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量的下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0；其中，y(k)為被控變量的當(dāng)前值；Δu(k)為操縱變量的增量。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果|y(k)-y(k-1)|不小于設(shè)定的被控變量的速率限，則超速率限記數(shù)器加1；如果超速率限記數(shù)器加1不小于允許連續(xù)超速率限的次數(shù)，則自動(dòng)退出先進(jìn)控制，并將給定值設(shè)置為被控參數(shù)的測(cè)量值，實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；其中，y(k)為被控變量的當(dāng)前值；y(k-1)為被控變量的前一步值。15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＜0，則Δu(k)為負(fù)的速率限；如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＞0，則Δu(k)為速率限；如果u(k)不小于上限值，則u(k)取上限值；如果u(k)不大于下限值，則u(k)取下限值；其中，u(k)為操縱變量；Δu(k)為操縱變量的增量。16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法，其特征在于所述的約束限判斷為如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量也增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量減少，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量也減少，則設(shè)置Δu(k)為0；其中，R(k)為相關(guān)過(guò)程變量；Δu(k)為操縱變量的增量。17.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-16所述任一方法的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)由被控過(guò)程、約束限判斷模塊、離散響應(yīng)模塊、加法器、被控過(guò)程模型、實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊、反饋校正模塊和減法器構(gòu)成；其中，輸入的被控變量的給定值(設(shè)定值)經(jīng)過(guò)加法器、離散響應(yīng)模塊和約束限判斷模塊傳輸?shù)奖豢剡^(guò)程，其控制該被控過(guò)程輸出被控變量；該被控變量作為負(fù)反饋到加法器與輸入的被控變量的給定值進(jìn)行加法運(yùn)算后傳輸給離散響應(yīng)模塊，用于調(diào)整傳輸給被控過(guò)程的操縱變量；被控過(guò)程的狀態(tài)變量輸出到實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊，并經(jīng)過(guò)該實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊傳輸?shù)诫x散響應(yīng)模塊，用于進(jìn)行狀態(tài)反饋；由約束限判斷模塊輸出的操控變量同時(shí)傳輸給被控過(guò)程和被控過(guò)程模型，而另一路被控過(guò)程和被控過(guò)程模型的輸出經(jīng)過(guò)減法器進(jìn)行減法運(yùn)算后，經(jīng)過(guò)反饋校正模塊傳輸?shù)诫x散響應(yīng)模塊，用于對(duì)輸入的操控變量進(jìn)行調(diào)整。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的被控過(guò)程模型中的各參數(shù)符合如下的公式其中，X∈Rn，為n維狀態(tài)變量；U∈Rr，為r維操縱變量；Y∈Rr，為r維被控變量；V∈Rq，為q維干擾變量；A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb，C∈Rr×n，F(xiàn)∈Rn×q，均為已知的常數(shù)矩陣，用于計(jì)算最優(yōu)控制率；τ1＜τ2＜…＜τla，i＝1，2，…，la，τi表示已知的相應(yīng)狀態(tài)變量滯后時(shí)間，且τi≠0，la表示狀態(tài)變量滯后的重?cái)?shù)；d1＜d2＜…＜dlb，i＝1，2，…，lb，di表示已知的相應(yīng)操縱變量滯后時(shí)間，lb表示操縱變量滯后的重?cái)?shù)；ΔA，ΔAi，ΔBi分別為被控過(guò)程的非線性、時(shí)變性及不確定性參數(shù)，且具有與上述常數(shù)矩陣A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb相應(yīng)的維數(shù)；其為未知的模型參數(shù)；Δτi，Δdi分別表示狀態(tài)及輸入純滯后時(shí)間的非線性、時(shí)變性及不確定性，也為未知的模型參數(shù)。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的約束限判斷模塊遵守如下的約束判斷規(guī)則規(guī)則1如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0，超上上限記數(shù)器加1；如果超上上限記數(shù)器記錄的值不小于允許連續(xù)超上上限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制；規(guī)則2如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0，且超下下限記數(shù)器加1；如果超下下限記數(shù)器≥允許連續(xù)超下下限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制；規(guī)則3如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量也增加，則Δu(k)＝0；如果y(k)不小于設(shè)定的被控變量上限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量增加，則Δu(k)＝0；規(guī)則4如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下限，并且Δu(k)＞0并且操縱變量增加使被控變量減少，則Δu(k)＝0；如果y(k)不大于設(shè)定的被控變量下限，并且Δu(k)＜0并且操縱變量減少使被控變量也減少，則Δu(k)＝0；規(guī)則5如果|y(k)-y(k-1)|不小于設(shè)定的被控變量速率限，則超速率限記數(shù)器加1；如果超速率限記數(shù)器加≥允許連續(xù)超速率限的次數(shù)，則退出先進(jìn)控制；對(duì)于速率限而言如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＜0，則Δu(k)為負(fù)的速率限；如果Δu(k)的絕對(duì)值不小于速率限，并且Δu(k)＞0，則Δu(k)為速率限；如果u(k)不小于上限值，則u(k)取上限值；如果u(k)不大于下限值，則u(k)取下限值；過(guò)程變量和操縱變量之間的關(guān)系如下如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量也增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不小于相關(guān)過(guò)程變量的上限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量增加，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＞0，并且操縱變量增加使相關(guān)過(guò)程變量減少，則設(shè)置Δu(k)為0；如果R(k)不大于相關(guān)過(guò)程變量的下限約束，并且Δu(k)＜0，并且操縱變量減少使相關(guān)過(guò)程變量也減少，則設(shè)置Δu(k)為0；其中，y(k)為被控變量；u(k)為操縱變量；R(k)為相關(guān)過(guò)程變量；Δu(k)為操縱變量的增量。20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的離散響應(yīng)模塊對(duì)于輸入各參數(shù)的處理遵守如下的公式S(P)=S1(p1)···Sh(ph)···Sr(pr)=Σi=1g1Σj=1p1-d1c1Aj-1Bi···Σi=1ghΣj=1ph-dichAj-1Bi···Σi=1grΣj=1prcrAj-1Bi]]>其中，A∈Rn×n，Ai∈Rn×n，i＝1，2，…la，Bi∈Rn×r，i＝1，2，…lb，C∈Rr×n，F(xiàn)∈Rn×q，均為已知的常數(shù)矩陣，用于計(jì)算最優(yōu)控制率。21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)有控制率衰減模塊和狀態(tài)反饋加權(quán)模塊；控制率衰減模塊設(shè)在離散響應(yīng)模塊和約束限判斷模塊之間，用于對(duì)計(jì)算出的控制率進(jìn)行衰減，適應(yīng)被控過(guò)程操作條件的變化及非線性、時(shí)變性的變化；狀態(tài)反饋加權(quán)模塊設(shè)在實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋模塊和被控過(guò)程之間，用于對(duì)狀態(tài)變量進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，并進(jìn)一步計(jì)算適應(yīng)被控過(guò)程操作條件的變化及非線性、時(shí)變性變化的最優(yōu)控制率。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制率衰減模塊的衰減參數(shù)可在線實(shí)時(shí)設(shè)定；該參數(shù)減小，對(duì)應(yīng)減弱控制作用，使調(diào)節(jié)過(guò)程變化減慢；參數(shù)對(duì)應(yīng)增強(qiáng)控制作用，使調(diào)節(jié)過(guò)程變化加快；所述的狀態(tài)反饋加權(quán)模塊的狀態(tài)反饋加權(quán)系數(shù)可在線實(shí)時(shí)設(shè)定；參數(shù)增大對(duì)應(yīng)其反饋?zhàn)饔眉訌?qiáng)，調(diào)節(jié)過(guò)程變化加快；參數(shù)減小對(duì)應(yīng)其反饋?zhàn)饔脺p弱，調(diào)節(jié)過(guò)程變化緩慢。23.根據(jù)權(quán)利要求17或21所述的復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)還設(shè)有干擾變量前饋模塊，該模塊將可測(cè)干擾變量傳輸給離散響應(yīng)模塊，用于實(shí)現(xiàn)可測(cè)量干擾變量前饋，提高控制系統(tǒng)抗干擾能力；該干擾變量前饋模塊與各個(gè)可測(cè)量干擾變量之間符合如下的公式FV(z-1)V(k)=FV1(z-1)V(k)···FVh(z-1)V(k)···FVr(z-1)V(k)]]>其中，F(xiàn)Vh(z-1)V(k)為可測(cè)量干擾的前饋?lái)?xiàng)，并且，F(xiàn)Vh(z-1)V(k)=Σj=1phchAj-1FαVV(k)-Σj=1phchAj-1FV(k-j)]]>V(k)為當(dāng)前時(shí)刻的干擾值，對(duì)于已選取的預(yù)測(cè)時(shí)域P＝[p1，…，ph，…，pr]T，參數(shù)Σj=1phchAj-1FαV,]]>Σj=1phchAj-1F]]>均依據(jù)已知的模型參數(shù)離線計(jì)算獲得。全文摘要一種復(fù)雜滯后過(guò)程的先進(jìn)控制方法及實(shí)現(xiàn)該方法的系統(tǒng)，至少包括預(yù)測(cè)該復(fù)雜滯后過(guò)程輸出的未來(lái)值；對(duì)該過(guò)程當(dāng)前的輸出進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)該過(guò)程進(jìn)行在線反饋校正；對(duì)該過(guò)程進(jìn)行最優(yōu)控制；依據(jù)約束限對(duì)計(jì)算得到的最優(yōu)控制率判斷，得到滿足約束條件的控制增量，并將該控制增量施加到被控過(guò)程中去。本發(fā)明依據(jù)被控過(guò)程具體情況和測(cè)點(diǎn)情況，選取相關(guān)的過(guò)程變量為狀態(tài)變量，使用實(shí)測(cè)的狀態(tài)變量計(jì)算最優(yōu)控制率；并通過(guò)選取可測(cè)干擾變量設(shè)計(jì)模型預(yù)測(cè)前饋來(lái)計(jì)算最優(yōu)控制率，實(shí)現(xiàn)了實(shí)測(cè)狀態(tài)變量反饋設(shè)計(jì)，增大了控制系統(tǒng)對(duì)被控過(guò)程工藝變化、操作控制變化的適應(yīng)范圍，提高了控制系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性及抗干擾能力。文檔編號(hào)G05B13/00GK1567107SQ0312387公開(kāi)日2005年1月19日申請(qǐng)日期2003年6月9日優(yōu)先權(quán)日2003年6月9日發(fā)明者胡品慧,閻峰,袁璞申請(qǐng)人:石油大學(xué)(北京)