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模型预测控制器的性能评价与间歇过程故障诊断

作　者: 李昌磊
导　师: 赵众
学　校: 北京化工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 模型预测控制 性能评价 间歇过程 故障诊断 支路平衡
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


模型预测控制在实际工业生产过程中得到了广泛的应用,但是由于各种因素的影响会使其性能逐渐变差,因此模型预测控制器性能评价的研究一直受到广泛的关注,对于性能基准的设计和约束的处理仍然是一个重要的问题。故障检测和诊断技术是保证生产装置安全稳定运行的重要手段。目前化工生产过程存在很多间歇过程,间歇过程的产品与人们的生活息息相关。因此,为保证间歇过程的安全可靠运行进行实时故障监测和诊断十分必要。本文主要研究内容如下：1、基于滚动时域最小方差性能评价方法和广义最小方差控制原理,设计了有约束的广义最小方差控制器及其性能评价方法。该广义最小方差控制器可考虑过程变量的硬约束,同时相对于最小方差控制器又可以对操纵变量进行软约束。基于Wood-Berry蒸馏塔模型的仿真实例证明模型预测控制器的广义最小方差性能评价方法较最小方差性能评价方法具有更高的实际意义,并验证了这种性能评价方法的有效性。2、综合动态多向主元分析的基本原理,T2统计量、SPE统计量、贡献图的故障检测和诊断技术,以及经验-主元分析(Exp-PCA)分阶段方法,并基于visual studio开发平台采用VC++语言,开发了间歇过程故障诊断软件,对pensim仿真平台进行故障检测与诊断。诊断结果表明该方法能够正确的辨识分段点,能够检测出故障的产生并诊断出故障源。3、将支路平衡方案应用到分馏塔重沸炉中,经实际运行监测,具有良好的控制效果。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-15
第一章 绪论  15-21
  1.1 课题研究的来源和意义  15
  1.2 国内外研究现状  15-18
    1.2.1 模型预测控制性能评价技术  16-17
    1.2.2 间歇过程故障诊断技术  17-18
  1.3 论文研究内容  18
  1.4 论文结构安排  18-21
第二章 模型预测控制器的广义最小方差性能评价  21-37
  2.1 引言  21
  2.2 模型预测控制器简介  21-22
  2.3 MPC最小方差性能评价  22-26
    2.3.1 预测控制方法设计最小方差控制器  22-25
    2.3.2 扰动模型处理  25
    2.3.3 约束的处理  25-26
    2.3.4 最小方差性能指标  26
  2.4 广义最小方差控制  26-27
  2.5 MPC广义最小方差性能评价  27-28
  2.6 实例分析  28-35
    2.6.1 最小方差性能评价与广义最小方差性能评价比较  29-33
    2.6.2 广义最小方差性能评价有效性分析  33-35
  2.7 结论  35-37
第三章 基于多元统计的间歇过程故障诊断  37-59
  3.1 引言  37
  3.2 主元的概念  37-40
    3.2.1 主元的定义  37-38
    3.2.2 主元的几何意义  38-40
  3.3 MPCA基本算法  40-41
    3.3.1 数据标准化  40
    3.3.2 矩阵的协方差  40
    3.3.3 协方差矩阵的特征值和特征向量  40-41
  3.4 MPCA建模原理  41-43
    3.4.1 MPCA数据结构  41-42
    3.4.2 主元数的确定  42
    3.4.3 MPCA建模  42-43
  3.5 MPCA过程检测和诊断方法  43-45
    3.5.1 Hoteling T~2统计量  43-44
    3.5.2 SPE统计量  44
    3.5.3 贡献图  44-45
  3.6 基于经验-主元分析的间歇过程分段方法  45
  3.7 动态多向主元分析  45-47
    3.7.1 DMPCA算法  45-46
    3.7.2 DMPCA中d值的获取  46-47
  3.8 Pensim仿真平台简介  47-49
  3.9 设计故障诊断软件  49-51
  3.10 故障检测与诊断  51-57
    3.10.1 数据的采集  51-52
    3.10.2 故障检测与诊断  52-57
  3.11 结论  57-59
第四章 支路平衡  59-71
  4.1 实施支路平衡的目的  59-60
  4.2 方案设计  60-62
    4.2.1 求取平均温度  60-61
    4.2.2 求FRCAS2202支路设定值改变量  61
    4.2.3 计算下一时刻设定值  61
    4.2.4 方案算法组态  61-62
  4.3 方案分析  62
  4.4 方案实际应用  62-69
    4.4.1 FCS组态  63
    4.4.2 HIS组态  63-65
    4.4.3 支路平衡投用效果  65-69
  4.5 支路平衡投用结论  69-71
第五章 总结与展望  71-73
  5.1 总结  71
  5.2 展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-79
作者和导师简介  79-81
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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