复杂过程单元与整厂控制设计方法

目录

前言

第一篇复杂过程单元控制设计方法

第1章复杂过程单元控制设计方法概论3

11引言3

12非线性多变量系统控制的研究现状4

13多模型控制策略的研究进展7

14典型过程单元的建模与控制综述10

141球磨制粉系统10

142火力发电机组12

15多模型控制方法的框架13

16第一篇章节安排及主要内容14

参考文献15

第2章面向控制的建模与局部多变量模型辨识24

21引言24

22面向控制的球磨制粉系统建模24

221面向控制的建模方法24

222球磨制粉系统的数学模型25

223模型参数的确定30

224模型验证34

23局部多变量模型辨识36

231基于频域的多变量系统辨识36

232仿真研究43

24本章小结45

参考文献45

第3章局部控制结构的确定47

31引言47

32多变量PID控制的基本控制结构47

321完全分散控制结构48

322完全集中控制结构48

323稀疏控制结构49

324完全解耦控制结构50

325稀疏解耦控制结构51

33基于系统耦合特性的控制结构选择52

331耦合特性指标52

332控制结构的选择算法56

333仿真研究57

34含积分特性系统的控制结构选择59

341控制结构的选择算法59

342仿真研究60

35非方系统的控制结构选择63

351控制结构的选择算法63

352仿真研究64

36本章小结66

参考文献66

第4章局部控制器设计与参数整定68

41引言68

42完全分散、完全集中和稀疏PID控制68

421等效传递函数68

422基于等效传递函数的PID参数整定70

423完全分散、完全集中和稀疏PID控制器设计73

424仿真研究74

43完全解耦和稀疏解耦PID控制76

431解耦补偿矩阵的设计76

432双自由度PID参数整定80

433完全解耦和稀疏解耦控制器设计81

434仿真研究82

44含积分特性的多变量系统控制——分离积分87

441对积分环节的处理87

442仿真研究88

45含大时滞特性的多变量系统控制——预测补偿90

451基于DMC的预测PID结构91

452预测PID控制器设计94

453仿真研究94

46本章小结96

参考文献97

第5章多模型控制结构的监督优化层设计方法99

51引言99

52总体结构99

53局部区域划分及切换策略100

531局部区域划分100

532模糊切换策略104

54性能监测105

55设定值优化108

56仿真研究112

561球磨制粉系统113

562火力发电机组115

57本章小结122

参考文献122

第6章多模型控制设计方法在HVAC

物理实验装置上的应用124

61引言124

62单区域空气温度和湿度控制系统125

621系统组成及描述125

622多模型控制应用实验和结果分析127

63两区域空气温度控制系统133

631系统组成及描述133

632多模型控制应用实验和结果分析134

64本章小结139

参考文献139

第7章球磨制粉系统工程应用141

71工程概况141

72硬件设计143

721系统的设计原则143

722系统的硬件配置143

73软件实现146

731软件平台146

732控制方案工程设计147

733软件设计与开发149

74工程实施与控制效果156

741实施过程156

742投运效果156

75本章小结163

参考文献163

第二篇整厂控制设计方法

第8章整厂过程控制概论167

81整厂控制的基础知识167

811物料再循环168

812能量集成169

813化学成分存量169

82整厂控制设计步骤172

83第二篇章节安排及主要内容176

参考文献177

第9章整厂控制的方法与应用综述178

91引言178

92整厂控制方法的综述与分类方法179

921基于启发式方法的整厂控制方法180

922基于最优化技术的整厂控制方法181

923基于数学方法的整厂控制方法182

924基于数学和最优化工具的混合类方法184

925基于启发式、数学和最优化工具的混合类方法185

926基于结构的整厂控制方法分类187

927各种整厂控制方法的评论性分析187

93基于RSR过程的控制方法综述189

931具有液相CSTR的RSR过程控制研究190

932具有气相推流式反应器的RSR过程控制研究193

933关于RSR过程控制研究的一些评述性见解193

94控制自由度194

95整厂控制应用中研究的工业过程195

951关于TE过程的整厂控制研究195

952关于HDA过程的整厂控制研究196

953针对其他过程的整厂控制研究196

954关于整厂控制应用的评述197

96整厂控制系统的性能评估197

97本章小结198

参考文献199

第10章生物柴油生产过程设计和整厂控制方法206

101引言206

102稳态过程设计和仿真207

1021过程设计207

1022过程工艺流程图与HYSYS仿真211

103过程运行的最优化213

104整厂控制设计集成框架应用于生物柴油生产过程216

105整厂控制结构的验证225

106本章小结229

参考文献229

第11章基于过程最优经济运行的整厂控制设计方法233

111引言233

112控制层和时标分离234

113整厂控制设计步骤概述237

114用于操作的自由度238

115稳态自由度238

1151阀计数法238

1152潜在稳态自由度法239

116自顶向下的整厂控制设计步骤240

117自底向上的整厂控制设计步骤248

118讨论251

119本章小结252

参考文献252

第9章整厂控制的方法与应用综述174

91引言174

92整厂控制方法的综述与分类方法175

921基于启发式方法的整厂控制方法176

922基于最优化技术的整厂控制方法177

923基于数学方法的整厂控制方法178

924基于数学和最优化工具的混合类方法180

925基于启发式、数学和最优化工具的混合类方法181

926基于结构的整厂控制方法分类183

927各种整厂控制方法的评论性分析183

93基于RSR过程的控制方法的综述185

931具有液相CSTR的RSR过程的控制研究186

932有关具有气相推流式反应器的RSR过程的控制研究189

933关于RSR过程控制研究的一些评述性见解189

94控制自由度190

95整厂控制应用中研究的工业过程191

951关于TE过程的整厂控制研究191

952关于HDA过程的整厂控制研究192

953针对其他过程的整厂控制研究192

954关于整厂控制应用的评述193

96整厂控制系统的性能评估193

97本章小结194

参考文献195

第10章生物柴油生产过程设计和整厂控制方法202

101引言202

102稳态过程设计和仿真203

1021过程设计203

1022过程工艺流程图与HYSYS仿真207

103过程运行的最优化209

104整厂控制设计集成框架应用于生物柴油生产过程212

1041定义整厂控制目标212

1042确定控制自由度213

1043识别和分析整厂扰动214

1044设置性能和整定准则215

1045生产率操纵量及其位置的选择215

1046产品质量操纵量及其位置的选择215

1047对要求更严格的被控量的操纵量的选择216

1048对要求不太严格的被控量的操纵量的选择216

1049过程单元操作的控制设计217

10410过程物料化学成分平衡的检查217

10411研究考察由于集成造成的影响217

10412用剩余的CDOF提高控制系统的性能218

105整厂控制结构的验证221

106本章小结225

参考文献225

第11章基于过程最优经济运行的整厂控制设计方法229

111引言229

112控制层和时标分离230

113整厂控制设计步骤概述233

114用于操作的自由度234

115稳态自由度234

1151阀计数法234

1152潜在稳态自由度法235

116自顶向下的整厂控制设计步骤236

1161第一步(S1)——定义运行目标（经济成本函数J和约束条件集合）236

1162第二步(S2)——识别和确定稳态自由度u和确定最优

稳态运行条件

(包括活动性约束)237

1163第三步(S3)——选择主被控变量CV1=Hy238

1164第四步(S4)——选择产量或通量操纵变量的位置（决策3）243

·viii·复杂过程单元与整厂控制设计方法

117自底向上的整厂控制设计步骤245

1171第五步（S5）——选择校正（稳定化）控制层的结构245

1172第六步（S6）——选择监督控制层的结构246

1173第七步（S7)——实时优化层的结构（与决策1有关）247

118讨论247

119本章小结248

参考文献248

复杂过程单元与整厂控制设计方法从基本原理、建模与控制方法的设计与分析、仿真、物理实验和工业应用等方面，对复杂过程单元与整厂控制设计方法分别进行了阐述。内容包括：面向控制的系统建模和局部MIMO模型参数鲁棒分散辨识方法、局部多变量控制结构选择方法和局部控制器设计和参数整定方法、多模型框架下监督优化层的设计方法、多模型优化控制在HVAC实验装置上的应用以及结合集散型控制系统的工程应用。整厂控制方法和工业应用的综述和分类，以生物柴油的生产过程为例，分别介绍了Luvben的启发式方法步骤和Konda等的整厂控制方法集成框架的具体应用，并给出了生物柴油过程的整厂控制研究结果，详细介绍了Skogestad提出的基于过程最优经济运行的整厂控制设计方法步骤。复杂过程单元与整厂控制设计方法大部分内容取材于作者近年来的研究成果，理论密切联系实际，反映了这一领域近年来的新进展。

复杂过程单元与整厂控制设计方法可作为控制科学与工程、计算机控制、系统工程、化学工程以及热能与动力工程等专业教师和研究生的教学用书，也可供上述专业的科研与工程人员参考。