先进过程控制APC是什么？APC有什么优点

化工江湖 2024-05-09

随着过程工业日益走向大型化、集成化、连续化、复杂化，对过程控制的品质提出了更高的要求，控制的目标已不再局限于对某一个变量或几个变量的平稳操作，而是越来越多地加入了以经济效益为代表的其他控制要求，传统的以单变量技术为基础的控制技术已无法满足这些需求。控制与经济效益的矛盾日趋尖锐，迫切需要一类合适的先进过程控制策略。

现代控制理论和人工智能几十年来的发展，已为先进控制奠定了应用理论基础，而控制计算机尤其是分散控制系统(DCS)的普及与提高，则为先进过程控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。为了克服目前DCS存在的“高能低用”运行状态，国际上已经大量应用了先进过程控制技术(APC)和优化控制来提高效益，并有众多公司推出了先进控制及商品化工程软件包。国内有一些单位开始了先进控制和优化控制的工程化软件包的研究与开发，也取得一些成果。

先进过程控制(APC)定义

先进过程控制(APC)是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制效果更好的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。先进过程控制的任务非常明确，即用来处理那些常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。

APC可分三大类：

1、经典的先进控制技术：变增益控制、时滞补偿控制、解耦控制、选择性控制等；

2、现今流行的先进控制技术：模型预测控制(MPC)、统计质量控制(SQC)、内模控制(IMC)、自适控制、专家控制、神经控制器、模糊控制、最优控制等；

3、发展中的先进控制：非线性控制以及鲁棒控制等。

目前，先进控制技术在流程工业中得到成功应用的是模型预测控制(MPC)。

先进过程控制(APC)的优点

在流程工业生产过程中，首先要求保证生产过程的稳定性。单回路PID控制是近七十多年来流程工业生产过程稳定操作的主要控制方法。然而，这种控制方法只是单变量的控制。对一些生产过程要求的多变量综合控制、高品质控制等比较困难。

而模型预测控制方法，可实现高品质、高稳定的多变量控制。其生产过程的稳定性高，抗扰动能力强。一般而言模型控制方法与单回路PID控制相比，生产过程被控变量的方差可减少20%以上。方差降低，可使过程被控变量实现卡边操作与控制，这样就可实现节能、降耗和提高生产过程经济效益的目的。另外，对单元操作或整个生产过程的控制，都可用多变量控制器来完成，使整个生产过程都处在稳定的工况下运行。

与单回路PID控制器相比，先进控制具有如下优点：

1、能消除多个回路之间的相互影响，即具有解耦作用。

2、可以分析目前多个回路的工况，从而对控制器内每一个回路的未来进行预测，根据预测的结果对回路进行优化调节。

3、具有调节稳定的特点，即其鲁棒性，根据对工况的分析特点，操作员可以设定每一个回路的调节上下限及调整的快慢。

先进控制是对被控对象(如反应器、分馏塔等)进行多变量控制而不是单回路控制，而且被控变量也在传统的温度、压力、流量和液位四大参数的基础上进行了拓展，增加了诸如产品质量指标和设备负荷等工艺生产所需要的变量，大大提高了整个装置的稳定性，实现了产品质量的卡边操作，为挖潜增效创造了条件。

4、先进控制本质上集前馈(多变量模型预测)、反馈及优化于一体，通过减少关键工艺变量的波动，进而优化工艺装置操作，实现卡边控制。单回路控制一般是基于误差的控制，其关注对单个点的控制，或基于单回路调节的复杂回路控制，例如比值控制、串级控制、前馈控制、均匀控制、分程控制等；先进控制是基于模型的多变量控制，其关注的往往是对一组工艺变量或一段工艺过程的整体控制，并在稳定控制的前提下，利用预定的、有效的操作手段，依据内置的线性或非线性规划优化算法的结果，将工艺过程推向优化操作点，并稳定在优化操作点。

5、常规单回路控制器是基于偏差的反馈控制，而以模型预测控制为核心的APC则在反馈控制的基础上，将过程模型作为控制器的内部模型，提高了控制器的信息利用率，从而大大提高控制系统的控制品质。

6、与单回路控制器相比，APC更适合于处理过程的大滞后、强耦合特性、并能有效地解决过程可测干扰，从而使控制系统具有更强的适应能力和鲁棒性。

7、与单回路控制器相比，APC策略采用多变量优化算法，适合处理多层次、多目标和多约束控制问题，可以更方便地将过程经济指标与过程控制相结合。

文章内容来源化工江湖，责任编辑：胡静，审核人：李峥