中國過程控制會議30周年?？蜓?/h1>

2017-01-23 19:19:44柴天佑王偉

自動化學(xué)報訂閱 2017年6期 收藏

關(guān)鍵詞：優(yōu)化方法模型

柴天佑 王偉

中國過程控制會議目前是由中國自動化學(xué)會過程控制專業(yè)委員會主辦的國際性系列學(xué)術(shù)會議.其宗旨是為海內(nèi)外工業(yè)控制領(lǐng)域的專家、學(xué)者、研究生和工程師提供一個學(xué)術(shù)交流、研討和報告他們最新研究成果的機(jī)會,以便推動工業(yè)控制領(lǐng)域理論方法研究和工程應(yīng)用的發(fā)展.

在孫優(yōu)賢院士的提議和組織下,1987年浙江大學(xué)在寧波溪口主辦了第一屆中國過程控制學(xué)術(shù)年會.30年來,中國過程控制會議從第一屆不到百人的國內(nèi)參會代表發(fā)展到現(xiàn)在有國內(nèi)外500余名參會代表的規(guī)模,現(xiàn)已成為國內(nèi)外從事工業(yè)控制領(lǐng)域有影響的重要會議之一.30年來,隨著分布控制系統(tǒng)、現(xiàn)場總線技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)的飛速發(fā)展,無論是在過程控制理論和方法研究方面,還是先進(jìn)控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用方面都取得了顯著的進(jìn)步,中國工業(yè)控制領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者將建模、控制、優(yōu)化以及通訊、計算機(jī)技術(shù)和中國工業(yè)發(fā)展的重大需求相結(jié)合,為中國工業(yè)實現(xiàn)高效化和綠色化做出很大的貢獻(xiàn).近年來,隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)云、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)的出現(xiàn)和“中國制造2025”國家戰(zhàn)略布局,特別在當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息模式下實現(xiàn)制造流程智能優(yōu)化的新需求對傳統(tǒng)的建模、控制與優(yōu)化理論和方法提出了新的挑戰(zhàn).國內(nèi)從事自動化科學(xué)與技術(shù)專家學(xué)者應(yīng)該面對現(xiàn)實,抓住新機(jī)遇,迎接新挑戰(zhàn).

適逢中國過程控制會議迎來30周年,借此時機(jī),我們出版?？源思o(jì)念,更重要的是希望自動化領(lǐng)域的專家學(xué)者能夠關(guān)注工業(yè)控制新的發(fā)展需求,在實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程智能化方面進(jìn)行積極探索,交流新的成果,啟迪新的思路,深入了解復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)的新特點(diǎn)與新要求,不斷完善和發(fā)展針對實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程智能優(yōu)化的新的建模、控制與優(yōu)化的理論、方法和技術(shù),為提高中國自動化科學(xué)與技術(shù)水平做出積極的貢獻(xiàn).

在本?？陡逭撐闹?經(jīng)推薦和審稿專家評審最后錄用了17篇論文,包括8篇綜述論文,9篇研究論文,下面先簡介8篇綜述論文.

孫備等針對有色金屬礦源多變、凈化反應(yīng)復(fù)雜以及過程信息的不確定性等因素制約了濕法冶金凈化過程的優(yōu)質(zhì)、高效和綠色生產(chǎn)的問題,從濕法冶金凈化過程的生產(chǎn)需求出發(fā),在分析凈化過程工藝與化學(xué)反應(yīng)原理的基礎(chǔ)上,對凈化過程建模與優(yōu)化控制進(jìn)行了綜述,并以濕法煉鋅凈化過程為例,介紹了在沉鐵、除銅和除鈷工序機(jī)理建模和除雜劑添加量優(yōu)化控制方面的研究工作.面對石油和化工行業(yè)智能優(yōu)化制造若干問題及挑戰(zhàn).

錢鋒等回顧了石油和化工行業(yè)在生產(chǎn)全流程的信息檢測、數(shù)據(jù)集成和數(shù)據(jù)分析,建模和優(yōu)化控制,企業(yè)經(jīng)營管理決策以及故障監(jiān)測和安全環(huán)保等幾個方面的進(jìn)展.剖析了當(dāng)前石油和化工行業(yè)存在的主要問題,提出了利用現(xiàn)代信息技術(shù)從生產(chǎn)、管理以及營銷全流程優(yōu)化出發(fā),推進(jìn)實現(xiàn)石化行業(yè)智能優(yōu)化制造的高端化、智能化、綠色化、安全化的愿景目標(biāo),討論了石油和化工行業(yè)智能優(yōu)化制造所面臨的新挑戰(zhàn).

針對煉油工業(yè)過程控制的研究現(xiàn)狀和問題,黃德先等首先回顧了對煉油生產(chǎn)過程安全高效運(yùn)行和節(jié)能增效至關(guān)重要的先進(jìn)控制、軟測量、實時優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展過程和研究應(yīng)用現(xiàn)狀,并分析了制約煉油生產(chǎn)過程全流程優(yōu)化實現(xiàn)的主要問題.進(jìn)而提出了一種面向原油性質(zhì)分類和有限操作優(yōu)化模式的多維模型描述結(jié)構(gòu),為解決煉油企業(yè)在生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化和先進(jìn)控制實施中的應(yīng)用難題開辟一條新路,并對該解決思路在煉油生產(chǎn)、經(jīng)營決策過程及智能制造中的進(jìn)一步研究應(yīng)用做了展望.

池榮虎等詳細(xì)回顧了數(shù)據(jù)驅(qū)動的迭代動態(tài)線性化方法,包括其詳細(xì)的推導(dǎo)過程和突出的特點(diǎn).回顧和討論了廣義的數(shù)據(jù)驅(qū)動最優(yōu)迭代學(xué)習(xí)控制方法,包括面向完整軌跡跟蹤的數(shù)據(jù)驅(qū)動最優(yōu)迭代學(xué)習(xí)控制方法,面向多中間點(diǎn)跟蹤的數(shù)據(jù)驅(qū)動最優(yōu)點(diǎn)到點(diǎn)迭代學(xué)習(xí)控制方法,和終端輸出跟蹤數(shù)據(jù)驅(qū)動最優(yōu)終端迭代學(xué)習(xí)控制方法.進(jìn)一步,討論了迭代學(xué)習(xí)控制研究中的關(guān)鍵問題,如隨機(jī)迭代變化初始條件,迭代變化參考軌跡,輸入輸出約束,高階學(xué)習(xí)控制律,計算復(fù)雜性等.提出數(shù)據(jù)驅(qū)動的迭代學(xué)習(xí)控制方法的未來方向和一些開放的具有挑戰(zhàn)性的問題.

批次過程是一類重要的化工過程.因其本身的靈活性及高效性,目前已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造,塑料加工,生物制藥等領(lǐng)域.同時,針對批次過程的控制算法的研究也得到了大批學(xué)者的關(guān)注.在近30年中,批次過程控制算法得到了長足的發(fā)展.但因其本身的復(fù)雜性,以及人們對控制精度要求的日益增長,現(xiàn)有的理論和方法仍面臨著挑戰(zhàn).盧靜宜等從批次過程不同于連續(xù)過程的特性出發(fā),分析了批次過程控制算法設(shè)計的難點(diǎn),繼而系統(tǒng)地回顧了近年來針對批次過程的控制算法研究,并對幾種經(jīng)典的控制算法進(jìn)行總結(jié)分析,同時討論了批次過程未來可能的發(fā)展方向.

生產(chǎn)過程關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)測對于流程工業(yè)生產(chǎn)調(diào)度、安全生產(chǎn)和節(jié)能環(huán)保有著重要作用.目前,已有不少學(xué)者基于工業(yè)生產(chǎn)中積累的數(shù)據(jù)提出了多種生產(chǎn)過程關(guān)鍵指標(biāo)的預(yù)測方法,主要涉及特征(變量)選擇、預(yù)測模型構(gòu)建及其模型參數(shù)優(yōu)化這三個方面.陳龍等分別針對以上三個方面論述了基于數(shù)據(jù)的生產(chǎn)過程關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)測的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并從學(xué)術(shù)角度分析了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn).最后,在分析現(xiàn)有預(yù)測方法局限性的基礎(chǔ)上,指出了流程工業(yè)生產(chǎn)過程關(guān)鍵指標(biāo)預(yù)測方法在工業(yè)大數(shù)據(jù)及知識自動化等方面的未來研究方向和前景.

作為現(xiàn)代工業(yè)過程運(yùn)行的首道保護(hù)層,報警系統(tǒng)對保障過程安全、可靠和高效生產(chǎn)起著舉足輕重的作用.然而,目前工業(yè)報警系統(tǒng)普遍存在著“報警泛濫”這一問題,嚴(yán)重影響了報警系統(tǒng)的應(yīng)有功能.朱群雄等結(jié)合工業(yè)過程特點(diǎn)、報警管理生命周期和操作員操作,總結(jié)了導(dǎo)致“報警泛濫”的主要原因,并依據(jù)這些原因,從報警建模與報警根源分析、報警閾值設(shè)計、報警優(yōu)先級劃分、報警類型識別與處理、報警系統(tǒng)性能評估等分類綜述了報警管理關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展、報警管理框架以及工業(yè)報警規(guī)范、報警管理軟件與應(yīng)用現(xiàn)狀.最后,探討了報警管理領(lǐng)域存在的難題和新挑戰(zhàn).

近年來,模型預(yù)測控制在不確定系統(tǒng)領(lǐng)域的理論和應(yīng)用上得到了飛速發(fā)展.謝瀾濤等簡要地回顧了不確定系統(tǒng)中魯棒模型預(yù)測控制和隨機(jī)模型預(yù)測控制的發(fā)展歷史,并較為細(xì)致地分析了近年來模型預(yù)測控制在不確定系統(tǒng)上的各種主要算法.通過總結(jié)各種算法的通用模型、運(yùn)作方式、計算復(fù)雜度,以及它們保證循環(huán)可行性、穩(wěn)定性的方法,提出了算法可行域間滿足的關(guān)系,揭示了各種算法的主要特點(diǎn)和適用場合.對魯棒模型預(yù)測控制和隨機(jī)模型預(yù)測控制在實際應(yīng)用中仍存在需要解決的問題,提出可能解決的辦法和未來可能的研究方向.

9篇研究論文簡介如下.

赤鐵礦再磨過程是以礦漿泵轉(zhuǎn)速為輸入、以給礦壓力為內(nèi)環(huán)輸出、以泵池液位為外環(huán)輸出的強(qiáng)非線性串級工業(yè)過程.當(dāng)赤鐵礦粒度分布大范圍變化,導(dǎo)致一段磨礦與磁選礦漿流量和再磨排礦流量頻繁波動,使泵池液位頻繁波動,造成內(nèi)外環(huán)頻繁波動.王蘭豪等將上述動態(tài)特性變化用未建模動態(tài)來描述,通過設(shè)計消除前一時刻未建模動態(tài)補(bǔ)償信號疊加于基于線性模型設(shè)計的反饋控制器,采用一步最優(yōu)前饋控制律和提升技術(shù),提出了泵池液位和給礦壓力雙速率區(qū)間控制算法.建立了所提算法的穩(wěn)定性和收斂性分析,采用工業(yè)現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)的半實物仿真實驗,結(jié)果表明所提出的控制算法可以將處于頻繁隨機(jī)波動的泵池液位和給礦壓力變化率控制在目標(biāo)值范圍內(nèi).

劉陽等針對油田油水井注采優(yōu)化業(yè)務(wù)中,油水井?dāng)?shù)據(jù)量大、地層結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及人類經(jīng)驗多的特點(diǎn),分析了傳統(tǒng)推理方法在應(yīng)對這類特點(diǎn)的處理弊端,采用事件處理思想,提出了一種基于Bitmap事件編碼與匹配機(jī)制的推理引擎,有效地實現(xiàn)了對無效事件的過濾并提升了事件與規(guī)則的匹配效率.在油田實際數(shù)據(jù)試驗平臺上對該方法進(jìn)行了驗證并與RETE算法的性能對比,驗證了本文方法在實時推理能力上的有效性.

楊亞茹等針對非線性系統(tǒng)全局優(yōu)化運(yùn)行時,不同模式間平穩(wěn)切換和經(jīng)濟(jì)切換的需求,提出了適用于待切換模式可控集中狀態(tài)點(diǎn)不可達(dá)的經(jīng)濟(jì)預(yù)測控制算法,該算法根據(jù)前后模式的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)求解和更新可行中間點(diǎn)及最優(yōu)軌跡,并構(gòu)造基于耗散的EMPC輔助性能指標(biāo),保證了狀態(tài)至中間點(diǎn)的穩(wěn)定性,建立其逼近原經(jīng)濟(jì)性能的上界.同時,利用最優(yōu)軌跡保證狀態(tài)在模式間的平穩(wěn)過渡,并且分析了切換過程的暫態(tài)經(jīng)濟(jì)性,此算法下實際經(jīng)濟(jì)性不劣于初始求解中間點(diǎn)問題的最優(yōu)值加上一個誤差項.該方法實際可操作性強(qiáng),仿真結(jié)果說明了方法的有效性.

針對復(fù)雜環(huán)境下單傳感器多目標(biāo)跟蹤方法效果不佳的問題,申屠晗等基于FISST(Finite set statistics,)跟蹤理論提出一種多傳感器高斯混合PHD(Probability hypothesis density)多目標(biāo)跟蹤方法.首先分析了FISST下多傳感器PHD的形式化濾波器,在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一種反饋式多傳感器PHD融合跟蹤框架,進(jìn)一步利用高斯混合技術(shù)提出多傳感器PHD跟蹤方法,最后通過解決多傳感器后驗PHD粒子匹配與融合問題提出三種工程算法.

針對污水處理過程控制能耗過大、水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重等問題,喬俊飛等提出一種基于知識的污水生化處理過程智能優(yōu)化控制方法.該方法通過記憶多目標(biāo)智能優(yōu)化算法的動態(tài)處理信息,建立環(huán)境變量參數(shù)與最優(yōu)解之間的知識模型.優(yōu)化算法利用知識庫中非支配解的引導(dǎo),結(jié)合定向局部區(qū)域?qū)?yōu)以及隨機(jī)全局尋優(yōu)策略,提高了算法的收斂性,獲取了更高質(zhì)量的解.最后基于國際通用平臺BSM1進(jìn)行實驗驗證.結(jié)果表明,與其他優(yōu)化算法相比,該方法能夠在保證出水水質(zhì)的前提下獲得更少的能量消耗.

由于濕法冶金過程具有反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜、工藝流程長、工序眾多等特點(diǎn),由于模型誤差等因素,基于模型得到的生產(chǎn)過程最優(yōu)工作點(diǎn)不是實際生產(chǎn)過程的最優(yōu)工作點(diǎn).如何保持濕法冶金生產(chǎn)流程運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的狀態(tài)成為生產(chǎn)優(yōu)化控制的難點(diǎn).李康等提出了一種基于數(shù)據(jù)的濕法冶金過程操作量優(yōu)化設(shè)定補(bǔ)償方法.該方法在基于模型得到的最優(yōu)工作點(diǎn)基礎(chǔ)上,采用即時學(xué)習(xí)的思想,在當(dāng)前工作點(diǎn)附近利用歷史數(shù)據(jù)建立操作量補(bǔ)償值和經(jīng)濟(jì)效益增量的相關(guān)模型,優(yōu)化求解在當(dāng)前工作點(diǎn)下,使經(jīng)濟(jì)效益增量最大化的操作量補(bǔ)償值,施加到生產(chǎn)流程,并在新工作點(diǎn)進(jìn)行迭代補(bǔ)償.將所提出的方法應(yīng)用于某精煉廠的濕法冶金生產(chǎn)流程,仿真結(jié)果驗證了所提出方法有效性.

針對加熱爐多個支路出口溫度的平衡及跟蹤控制問題,欒小麗等提出具有分布式特點(diǎn)的支路平衡跟蹤控制方案,給出了基于分布式偏差的控制器設(shè)計方法.該方法利用相鄰支路的溫度信息,將各支路與相鄰支路的溫度偏差作為控制輸入,在加熱爐所有支路的溫度達(dá)到一致的同時,也確保其跟蹤同一設(shè)定值.由于僅利用了相鄰支路的溫度信息,使得所提分布式偏差控制方案在支路數(shù)目較多情形下更顯優(yōu)勢.最后仿真實例表明了該分布式控制方案的有效性與可行性.

鋼鐵工業(yè)發(fā)展面臨能源的嚴(yán)重制約,能源優(yōu)化調(diào)配是鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)節(jié)能的關(guān)鍵技術(shù)之一.孫彥廣等從鋼鐵制造流程物質(zhì)流能量流耦合特點(diǎn)出發(fā),首先探討了基于能量流網(wǎng)絡(luò)仿真的鋼鐵工業(yè)多能源介質(zhì)綜合優(yōu)化調(diào)配策略,然后探討了能量流網(wǎng)絡(luò)化建模、生產(chǎn)流程與能源系統(tǒng)結(jié)合的能源仿真、多能源介質(zhì)綜合優(yōu)化調(diào)配技術(shù);最后給出了在鋼鐵企業(yè)示范應(yīng)用的效果.

化工生產(chǎn)是一類典型的多變量過程對象,該類對象具有時變性,耦合性,時滯性等特點(diǎn),傳統(tǒng)的單變量控制方法很難在此類系統(tǒng)中取得良好的控制效果.針對時變性,程赟等在假設(shè)對象模型未知的前提下,利用階躍響應(yīng)數(shù)據(jù),研究了基于最小二乘的一階,二階時滯系統(tǒng)辨識方法.針對多變系統(tǒng)存在耦合性的特點(diǎn),采用逆解耦方法實現(xiàn)對象的解耦.再對解耦后的時滯子系統(tǒng)設(shè)計了自抗擾控制器.仿真實驗中,以精餾塔的Wood-Berry模型和Ogunnaike-Ray模型為例,驗證算法的有效性.

由于時間關(guān)系,?？l(fā)表的論文可能有不足,反應(yīng)的也不夠全面,敬請諒解.借此機(jī)會感謝?？撐牡木幬蛯徃迦藢？撐膶徃逅鞯男燎诠ぷ?也感謝自動化學(xué)報編輯部對?？霭娼o予的大力支持.

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