本发明专利技术公开了一种化工过程多变量预测控制系统模型失配检测与定位方法。针对当前过程工业中典型的递阶控制体系，分别多变量系统和多变量系统中的各个单变量子系统做模型失配检测并定位。本发明专利技术包括基于正交投影的方法获得预测控制层多变量系统残差，构造监控统计量计算引擎，基于辅助变量辨识方法获得单变量子系统只对过程动态特性变化敏感的残差。本发明专利技术直接采用闭环操作数据，无需系统的额外信息；利用少量数据就可以做出快速检测与定位，对工况扰动小；能够定位多变量系统中各个单变量子系统过程模型的失配信息，消除扰动的影响。本发明专利技术能够以较小的代价快速得出精确的模型失配信息，降低预测控制系统维护成本，延长预测控制系统寿命，提高效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及石油、化工等流程工业控制系统故障诊断领域，特别地，涉及一种。
技术介绍
近年来，以预测控制技术(MPC，Model Predictive Control)为代表的先进控制策略已在石油、化工、造纸、制药等流程工业中得到了广泛应用，MPC能够有效的处理各种复杂的多变量系统控制问题，提高控制性能，降低能耗，增加经济效益。这些控制系统在投运初期运行良好，但是随着时间的推移，由于设备的老化等因素引起的控制对象特性发生变化会使得控制性能衰减。，国际上，一套预测控制系统的寿命为2-3年，国内的的预测控制系统寿命仅有1-1.5年。通常情况下，模型预测控制项目需要每隔半年进行系统维护。为了检测模型失配，Jiang H L等利用双模散度算法(Jiang H L，Huang B, Shah S L. Closed-loop model validation based on the two-model divergence method. Journal of Process Control, 2009,19 (4) :644-655.)通过构造基于标称模型和新辨识模型预测误差的统计量函数并监控所述统计量函数的期望判断模型是否失配。该方法依赖于辨识结果的精度并且需要对过程施加充分激励信号，从工程的角度，为了保证信号的充分激励，会对工况造成较大的干扰，同时，辨识算法的应用增加了计算复杂度，不利于实际应用。I^atwardhan R S等通过计算模型预测控制器目标函数的可达值与实际值之比 (Patwardhan, R S，Shah S L，Qi KZ. Assessing the performance of model predictive controllers. Canadian Journal ofChemical Engineering, 2002,80 (5) :954-966.)歩Ij断性能下降是否由模型失配引起，但是这一方法不能分离对象特性和不可测扰动特性的变化。由于预测控制器的设计往往利用随机游走扰动模型(例如被广泛应用的动态矩阵控制)，而且工业控制系统的不可测扰动特性具有很强的时变特性，所以上述方法的实用性受到限制。模型的精度是影响模型预测控制器性能的关键因素。由于先进控制系统往往包含成百上千个回路，系统庞大且复杂，所以在系统维护时如果重新辨识系统模型将付出很大代价。由于流程工业具有连续生产的特点，所以能够在对工况干扰较小的前提下精确定位模型发生变化的回路，使得系统维护有的放矢，代价小，实现局部调整和故障预防，对于延长预测控制系统寿命，提高经济效益具有重要的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种。的步骤如下1)在预测控制器运行状态下对化工过程预测控制系统的预测控制层多变量系统进行多变量闭环测试，测试信号为广义二进制噪声或伪随机二进制序列，将测试信号施加到化工过程设备操作变量MV，并采集输出变量CV数据，用于模型失配检测的数据集记为 {u (t)，y (t)}，并且u (t)的均值不为0 ；2)计算预测控制层多变量系统的残差ζ κ 3)调用实时数据库平台被检测单变量子系统的控制器和过程模型参数，控制器和过程模型的离散传递函数分别用仏和Ttl表示，T0Q0的分子分母系数分别为IbtlIvb1J和 {iW··、}，P为TcAl阶次，数据窗口大小为K，过程扰动在控制器作用下在在一定时延后衰减，选取2至3倍过程时延作为扰动衰减长度，记为n，单变量系统控制变量CV输出数据记为y(t)，通过以下公式计算单变量子系统过程残差Uk A'本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种化工过程多变量预测控制系统模型失配检测与定位方法，其特征在于它的步骤如下：１）在预测控制器运行状态下对化工过程预测控制系统的预测控制层多变量系统进行多变量闭环测试，测试信号为广义二进制噪声或伪随机二进制序列，将测试信号施加到化工过程设备操作变量ＭＶ，并采集输出变量ＣＶ数据，用于模型失配检测的数据集记为｛ｕ（ｔ），ｙ（ｔ）｝，并且ｕ（ｔ）的均值不为０；２）计算预测控制层多变量系统的残差ζＫ：３）调用实时数据库平台被检测单变量子系统的控制器和过程模型参数，控制器和过程模型的离散传递函数分别用Ｑ０和Ｔ０表示，Ｔ０Ｑ０的分子分母系数分别为｛ｂ０ｂ１…ｂｐ｝和｛ａ０ａ１…ａｐ｝，ｐ为Ｔ０Ｑ０阶次，数据窗口大小为Ｋ，过程扰动在控制器作用下在在一定时延后衰减，选取２至３倍过程时延作为扰动衰减长度，记为ｎ，单变量系统控制变量ＣＶ输出数据记为ｙ（ｔ），通过以下公式计算单变量子系统过程残差ＵＫ：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｕ（／ｍｉ）?（ｍｉ）Ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆Ｓｉｇｍａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｎ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｐ（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）Ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｕｎｄｅｒｏｖｅｒ）?（ｍｉ）＆ａｌｐｈａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）＆ｂｅｔａ；（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中：α（ｔ）＝（ａ０＋ｂ０）ｙ（ｔ）＋（ａ１＋ｂ１）ｙ（ｔ－１）＋…＋（ａｐ＋ｂｐ）ｙ（ｔ－ｐ）β（ｔ）＝［ｙ（ｔ－ｎ－１）ｙ（ｔ－ｎ－２）…ｙ（ｔ－ｎ－ｐ）］Ｔ４）基于统计局部方法构造Ｔ２统计量计算引擎，将数据窗口Ｋ的残差表示为模型失配检测统计量由以下计算引擎快速得出：残差的维数记为ｄｉｍ令χ２分布表中自由度为ｄｉｍ置信度为９５％的值为若发出模型失配警告，若检测出预测控制层多变量系统，则对各个单边量子系统按照步骤３）的方法产生残差并通过Ｔ２统计量计算引擎结果进行定位。５）在精对本二甲酸装置的溶剂回收过程中，预测控制层为２个输入，３个输出的多变量系统，多变量系统的标称状态空间模型矩阵为｛Ａ０，Ｂ０，Ｃ０｝，对于测试数据集｛ｕ（ｔ），ｙ（ｔ）｝中长度为５００的数据窗口，结合扩展可观测矩阵的正交补矩阵Γｋ－和Ｈａｎｋｅｌ矩阵Ｈｋ得到预测控制层多变量系统残差ζＫ，通过Ｔ２统计量计算引擎得到多变量系统产生模型失配的结果，则部分或全部子系统的扰动特性或者设备的动态特性发生了变化，获取２个子回路的残差ＵＣＩＣ４０１，残差ＵＣＩＣ４０２，依次将残差ＵＣＩＣ４０１，残差ＵＣＩＣ４０２输入Ｔ２统计量计算引擎，将多变量系统模型失配信息定位到ＣＩＣ４０２子回路的设备动态特性发生变化。...
【技术特征摘要】
1.一种化工过程多变量预测控制系统模型失配检测与定位方法，其特征在于它的步骤如下1)在预测控制器运行状态下对化工过程预测控制系统的预测控制层多变量系统进行多变量闭环测试，测试信号为广义二进制噪声或伪随机二进制序列，将测试信号施加到化工过程设备操作变量MV，并采集输出变量CV数据，用于模型失配检测的数据集记为{u(t)， 7(0}，并且11(0的均值不为0;2)计算预测控制层多变量系统的残差ζκ:3)调用实时数据库平台被检测单变量子系统的控制器和过程模型参数，控制器和过程模型的离散传递函数分别用仏和！；表示，TcAl的分子分母系数分别为{b。lvbp}和I...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏宏业，陈贵，杨江，谢磊，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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