双层结构动态矩阵控制稳定过程 – 15字

在过程工业中，简单的控制手段往往难以满足大型企业所提出的控制要求，所以很多大型企业通常使用三层结构（见图4-1）。上层即RTO层，通过求解满足各种约束和产品要求的优化问题来获取理想稳态工作点（u_t，y_t），并将其传递到中间层即双层结构预测控制层中，作为外部目标（External Target，ET）。中间层将被控过程的多目标协调优化控制要求转化为一系列相对简单的优化问题，通过开环预测、闭环预测、稳态优化、动态优化等手段尽量实现来自RTO的结果。中间层的输出结果主要是底层控制器的设定值。底层为基础控制层，通常是以PID单回路调节为主的。

图4-1 上、中、底三层结构递阶优化控制技术

本章考虑的双层结构预测控制，可进一步分为三个模块，即开环预测、稳态目标计算（Steady-State Target Calculation，SSTC）和动态控制。开环预测模块基于过程实际输出，在假设未来输入不变的情况下，预测未来的输出。SSTC模块结合过程的稳态模型，考虑过程的MV和CV的约束条件，并考虑ET和其期望上下界，适当地设置优化目标函数，最终形成线性规划（Linear Programming，LP）或二次规划（Quadratic Programming，QP）问题；通过求解这些LP或QP为动态控制模块提供MV、CV设定值（稳态目标值）。ET包括一部分CV和MV的理想值，它们除来自RTO外，也可能直接来自工程师和操作员的操作指令。实际应用中，各种软约束具有不同的重要程度，据此可以划分为多个优先级。多优先级SSTC算法可以保证高优先级的约束被优先满足。动态控制模块根据SSTC的输出结果，计算底层控制器的设定值或阀门开度。(www.xing528.com)

双层结构的思想在很多文献中都可以见到，其符合人们处理复杂决策的思维方式。本书作者根据已有文献的思想线索，整理得到双层预测控制的整体方案并软件化，在若干个工程项目和实际系统中得到了应用，而本章和下面两章是该方案的一个集中体现。本章仅考虑稳定型CV的动态矩阵控制，对积分型CV将在下一章继续阐述。

本章主要符号：表示CV（MV，DV）。={1，2，…，n_y}。y_ss（u_ss，f_ss）表示CV（MV，DV）的稳态值。δu_ss（k）=u_ss（k）-u（k-1）为MV的稳态增量。y_t（u_t）为CV（MV）的外部目标值。。x（k+i|k）表示k时刻对未来k+i时刻的x的预测值。