并行计算在网络化控制中的机遇与挑战

先进控制中存在着大量费时的计算 ,这限制了它们的应用 .现代控制系统正在向着网络化方向发展 ,为在控制系统中实施并行计算提供了必要的环境 .控制系统的网络化从根本上导致了控制应用中计算模式的变化 .在网络化控制系统中运用并行计算技术可以提高先进控制算法的计算速度 ,从而提高其控制品质和扩展其应用范围 .

现场总线控制仿真系统设计

提出了在PC上用软件来仿真现场总线控制系统 ,使控制系统的实施不必依赖于硬件设备。在该仿真系统中可以完成对控制应用的组态、控制参数的调整以及先进控制策略的仿真 ;还可以在虚拟现场总线控制系统上进行操作员培训 ,从而加快了工程开发速度 ,提高了工程质量 。

网络化控制系统

介绍了网络化控制系统的发展历程,讨论了控制网络的特征及其对控制系统的影响、以及关于网络化控制系统的研究热点和可能的新的研究方向.

可互操作的先进控制应用集成

针对现场总线控制系统,提出一种可互操作的先进控制应用集成方案。现场总线控制系统是当今控制系统发展的主流,它与先进控制应用的无缝集成为工业界所期盼。作者提出利用控制应用标准组件—功能块来封装先进控制应用,从而为工程师提供一个一致的控制应用设计和组态的工程环境。同时利用设备描述技术及其扩展技术以及OPC软件总线技术,实现独立先进控制应用与主控系统之间的无缝集成和数据交换。

多总线集成方法研究

不同的现场总线有不同的应用领域。现场总线的发展将呈现多种总线并存的趋势。多种总线集成在一个系统中 ,让不同的总线充分发挥各自的优势 ,可以更好地共同完成控制任务。本文讨论了多总线系统的系统级和设备级集成方法。

基金会现场总线功能块的有限状态自动机模型

功能块是一种面向工业现场的智能化控制模块。首先 ,针对基金会现场总线功能块建立了描述其内部行为逻辑的有限状态自动机模型 ;其次 ,由功能块的自动机模型构成基于功能块的控制应用的自动机模型。同时 ,建立了反映功能块应用时间特性的功能块调度的时间自动机模型 ;最后 ,以一个 PID回路的自动机模型模拟了该回路的级连初始化过程。所建的功能块及其应用模型为进一步分析功能块及其应用奠定了基础。

先进控制与FF现场总线

先进控制已被证明可以为企业获得巨大的经济效益。现场总线控制系统会在不久的将来取代封闭的DCS系统 ,成为过程控制的主流系统 ,两者的结合无疑是工业界所期望的。该文以基金会现场总线为主体讨论如何在现场总线控制系统中集成先进控制技术 。

流水线型并行控制器

通常高采样速率有助于提高控制系统性能,但采样速率受限于控制器的执行周期.并行计算是缩短控制器执行周期的有效方法之一,网络化控制系统为控制器的并行执行提供了必要的条件.利用流水线思想,通过在现场总线控制系统中集成控制与调度,实现了控制器以流水线的方式并行执行,使得控制系统的采样周期小于控制器的执行时间,从而获得控制系统性能的提高.仿真结果及理论分析证明了这一方法的有效性.

基于EMD和选择性集成学习算法的磨机负荷参数软测量

针对磨机筒体振动和振声信号组成复杂难以解释、蕴含信息存在冗余性和互补性、与磨机负荷参数映射关系难以描述等问题,提出了基于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)技术和选择性集成学习算法分析筒体振动与振声信号组成,建立磨机负荷参数软测量模型的新方法.首先从机理上定性分析了筒体振动及振声信号组成的复杂性;然后采用EMD技术将原始信号自适应分解为具有不同时间尺度的系列组成成分,即本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF);接着在频域内基于互信息(Mutual information,MI)方法分析并选择IMF频谱特征;最后采用基于核偏最小二乘(Kernel partial least square,KPLS)建模方法、分支定界优化算法的选择性集成学习方法建立磨机负荷参数软测量模型,实现了多源多尺度频谱特征的选择性信息融合.基于实验球磨机的实际运行数据仿真验证了该方法的有效性.

基于多重分形的水泥回转窑工况识别研究

鉴于多重分形理论在定量描述复杂系统非线性运行规律方面具有的独特优势,将多重分形理论引入到工况特征识别研究中来,确认了水泥回转窑窑电流信号的多重分形特性。在此基础上,研究了窑电流多重分形谱参数随工况变化的情况,发现多重分形谱参数的变化趋势与回转窑内工况状态的变化趋势之间具有较强的关联性,进而提出了基于多重分形谱参数进行水泥回转窑异常工况特征提取的新方法,为水泥生产过程中工况状态的在线监控和预报提供了有力支持。

面向钢铁企业的先进能源管理系统研究新进展

介绍了我国钢铁企业能源管理模式经历的阶段,并针对先进能源管理系统的能源介质在线监测、主要用能设备和生产过程的能效分析与优化控制、系统集成平台及多能源介质管理、分析与优化技术方面的新研究内容及其进展进行了详细的阐述.在钢铁企业能源管理系统中推广应用这些新的研究成果,将有效提升钢铁企业能源管理的效果.

间歇过程动态优化方法综述

间歇过程的动态优化近年来引起了广泛关注.针对近期主要的研究成果,综述了间歇过程动态优化中的数学模型、求解方法及控制架构等问题,介绍了间歇过程目前主要的操作优化方法,具体分析了含不确定性间歇过程的动态优化策略,总结了间歇过程常用的优化模拟计算工具.最后探讨了这一领域中值得进一步研究的问题和可能的发展方向.

基于简化活性污泥数学模型的污水处理仿真研究

现有的活性污泥数学模型结构复杂、参数众多,直接用于污水处理的系统仿真有一定的困难。针对这一问题,对活性污泥1号模型ASM1面向应用进行合理的简化,得到适合描述活性污泥推流式工艺碳去除过程的模型ASP-CR。该模型的组分、反应过程和参数的数量都大大减少,并对溶解氧组分进行了特殊处理-用现场的测量值代替预测值。基于该模型建立了污水处理仿真系统,解决了数据转换和参数校正的问题。通过对海城污水处理厂处理过程的实时模拟,验证了系统的正确性和实用性。

从区间模型预测控制到双层结构模型预测控制

模型预测控制算法(MPC)存在设定点控制与区间控制两种策略,区间预测控制较之设定点控制在技术上具有先进性。目前,主流的预测控制软件技术均采用双层结构,即上层稳态优化计算最优设定点,下层动态控制负责动态跟踪最优设定点。从过程稳态的角度出发,分别对区间预测控制和双层结构预测控制进行了机理分析,从定性与定量两个方面比较了这两者的异同点,提出并证明了两者的一致性条件。论述了双层结构预测控制较之单层结构下的区间控制更具先进性。

带有工况中心修正的多模型在线建模

针对运行工况频繁波动、单一模型难以描述过程特性的问题,提出了带有工况中心修正的多模型在线建模方案,包括工况识别机制、局部模型、多模型合成机制.工况识别机制根据工况特征变量分析工况范围,由相近度修正工况中心;局部模型采用Hammerstein模型,非线性增益由带有稳定学习算法的小波神经网络建立,线性模型由带控制量的自回归模型(ARX)建立;多模型合成机制采用加权求和方法.在线修正工况中心可反映工况的时间变化特性,参数稳定学习算法改善了模型精度和自适应能力.采用此方法建立污水处理过程化学需氧量(COD)软测量模型,结果表明,模型在工况大范围变化时仍具有满意预测效果.

基于局部PSO-LSSVM的水泥f-CaO测量方法研究

针对水泥熟料质量指标游离氧化钙含量难以实时检测的问题,提出一种基于局部pso-lssvm的软测量建模方法。在构建局部建模数据集时,同时考虑了数据样本之间的加权欧氏距离与向量的夹角,使得训练数据的选取更加具有实际意义。由于局部建模的时间开销较大,首先,采用加权k均值聚类算法对历史数据库进行聚类分析得到若干子样本集;其次,在与当前输入数据加权欧氏距离最小的子样本集中,建立基于pso-lssvm算法的局部软测量模型,计算得到当前游离氧化钙含量值;最后,应用实际数据进行训练和验证,结果表明,该方法较全局建模具有更好的泛化能力,能够满足水泥熟料游离氧化钙含量检测的实时性要求,对于实现水泥烧成系统的优化控制,提高能源利用率具有重要意义。

基于国际评价基准的溶解氧控制方法研究

针对活性污泥污水处理过程溶解氧浓度(DO)控制的非线性特性,以DO为控制对象、国际评价基准(benchmark)为平台,将PID控制、增益调度控制和一般模型控制(GMC)方法应用于DO控制中,并进行了控制器性能的比较.仿真结果表明,所提一般模型非线性控制方法的性能优于其他两种控制方法,体现出该方法的有效性和优越性.

活性污泥法污水处理数学模型的发展和应用

综述了活性污泥法污水处理数学模型自20世纪50年代以来的发展历程;阐述了国际水协会(IWA)推出的活性污泥1号、2号、2D号、3号模型(ASM1、ASM2、ASM2D、ASM3)各自的特点和使用限制条件;介绍了几种基于ASM系列模型的具有代表性的商业化仿真软件.最后,还就ASM系列模型的三个应用难点———水质的分析测定、模型简化、参数校正进行了讨论.*

矿渣粉磨智能控制系统的研究及应用

立磨矿渣粉磨系统经常出现立磨振动大,磨机负荷波动频繁等故障,同时立磨系统又是一个多变量、强耦合、非线性系统。针对以上问题,采用专家系统和模糊控制设计了立磨优化控制方案,利用现场实际数据辨识出立磨系统近似数学模型,并以此通过仿真实验验证了立磨优化控制算法。通过加入阈值和限幅控制将优化控制算法应用于现场实际控制中,结果表明立磨优化控制比人工手动控制的料层厚度波动范围和磨机振动值小,立磨没有出现异常振动停机。

基于改进粒子群优化算法的污水处理过程优化控制

针对前置反硝化工艺污水处理过程,提出了一种基于分工策略粒子群优化算法的优化控制方案.以国际水协会(IWA)开发的基准仿真模型BSM1为基础,综合考虑出水水质、曝气能耗和泵送能耗,通过动态优化底层PI控制器的最佳设定值达到出水水质高、能量消耗少的目的.基于分工策略的粒子群算法具有更强的全局寻优能力,仿真结果表明了该优化方案能够在保证污水水质达标的情况下,有效减少污水处理过程的能耗.