化工过程多变量预测控制系统模型失配检测与定位方法

摘要

本发明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。

主权项

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ζ_K：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…b_p}和{a₀a₁…a_p}，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U_K：$U_K=\underset{t=n+p}{\overset{K}{\Sigma }}\alpha \left(t\right)\beta \left(t\right)$其中：α(t)＝(a₀+b₀)y(t)+(a₁+b₁)y(t-1)+…+(a_p+b_p)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Γ_k^-和Hankel矩阵H_k得到预测控制层多变量系统残差ζ_K，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U_CIC401，残差U_CIC402，依次将残差U_CIC401，残差U_CIC402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。