1、先進控制軟件在氨綸聚合過程中的應用    引言模型預測控制（MPC）是目前得到廣泛應用的先進控制策略。預測控制具有預測模型、滾動優化、反饋校正等特點，適應復雜工業過程控制的要求。預測函數控制（PFC）是第三代模型預測控制算法，由于具有在線計算量少、對模型精度要求不高、有較強的穩定性和魯棒性等特點，在工業過程中得到了廣泛的應用。氨綸是近年來發展最快的一種合成纖維。它是一種重要的高技術纖維,具有軟硬嵌段的區段結構特征,性能優異,越來越多的紡織品都混入引  言    模型預測控制（MPC）是目前得到廣

2、泛應用的先進控制策略。預測控制具有預測模型、滾動優化、反饋校正等特點，適應復雜工業過程控制的要求。預測函數控制（PFC）是第三代模型預測控制算法，由于具有在線計算量少、對模型精度要求不高、有較強的穩定性和魯棒性等特點，在工業過程中得到了廣泛的應用。    氨綸是近年來發展最快的一種合成纖維。它是一種重要的高技術纖維, 具有軟硬嵌段的區段結構特征, 性能優異, 越來越多的紡織品都混入適量氨綸以提高其服用性能。聚合過程是氨綸生產中的一個重要環節，聚合過程的好壞對氨綸質量起著決定性的作用。同時由于氨綸生產大多采用間歇方式，若干條生

3、產線同時運行，存在著干擾因素多、非線性嚴重等問題，常規PID控制難以達到滿意的控制效果，從而造成聚合質量不穩定，影響氨綸的質量。    因此，針對聚合過程存在的控制難題，應用了浙江中控軟件技術有限公司開發的預測函數控制軟件APC-PFC建立聚合過程的先進控制系統，并于2006年7月成功投入運行。聚合過程先進控制系統投運后大大減輕了操作人員的工作強度，提高了聚合過程的穩定性，取得了滿意的控制效果。氨綸聚合過程工藝和特點    氨綸聚合過程是典型的間歇過程，放熱反應過程。由于反應釜溫度太高，副反應加劇；反應釜溫度太低，

4、反應不夠完全，因此聚合反應釜溫度直接影響聚合質量，需嚴格按照一定的溫度軌跡運行。    聚合過程工藝流程如圖1所示。若干個聚合反應器同時進行生產，聚合反應溫度通過夾套通恒溫水時間的時間長短來控制，同時又將經過熱交換的夾套冷卻水排到公用恒溫水槽中。公用恒溫水槽溫度通過調節蒸汽量的大小來控制。由于循環進入公用恒溫水槽的夾套水溫度和流量都在不斷變化，恒溫水槽的溫度波動大，恒溫水槽溫度波動嚴重影響聚合反應釜溫度的控制，最終影響氨綸產品的質量。單純的PID控制很難綜合地考慮這種干擾因素，公用恒溫水槽溫度控制不好。APC-PFC先進控制軟件原理及特點 &#

5、160;  APC-PFC先進控制軟件的核心算法是預測函數控制（PFC）。PFC隸屬于模型預測控制家族的一種，由法國的J.Richalet等人于1986年提出。與傳統的模型預測控制算法不同，PFC注重控制變量的結構形式，將控制輸入視為基函數的加權組合，引入誤差反饋校正，進行在線優化。由于PFC仍屬于模型預測控制的范疇，因此它仍具有模型預測控制的三大原理，即內部模型（預測輸出）、滾動優化和反饋校正等三大部分。PFC的各個部分之間的關系可以用圖2來描述。由于基函數及其響應均可事先離線計算，在線計算只在于少量線性加權系數的參數優化，因此PFC的在線計算量比一般的模型預測控制算法顯

6、著減少。同時PFC的控制變量結構規律明確，比模型算法控制有很大改進，這是PFC的一個優點。    在PFC算法中，其調節手段有基函數、參考軌跡和優化時域。其中控制精度取決于基函數的選擇；動態響應主要受參考軌跡影響，同時受優化時域的影響；系統穩定性和魯棒性主要由優化時域起作用，但也受參考軌跡的影響。因此在控制系統設計時，可以按照閉環控制性能要求很快整定得到PFC控制器的有關參數。這是PFC的又一個優點。    綜合以上PFC的特點，APC-PFC先進控制軟件具有算法簡單，在線計算量少，對模型精度要求低；調節參數少等特

7、點。易于在工程中實施和推廣運用。先進控制方案設計    公用恒溫水槽溫度的波動會影響聚合質量，從而氨綸產品的質量。考慮到常規PID控制效果不是十分理想，為此，我們設計了以APC-PFC先進控制軟件為監督層，常規PID控制為控制層的透明控制結構的先進控制系統。該控制結構既結合了PID控制的可靠性、穩定性，又糅合了PFC的良好的設定值跟蹤性能及動態響應效果。    APC-PFC在這里起到監督層的控制作用，實際應用中，在PID控制器中加入前饋量，形成一個PFC-PID控制器，前饋量的加入，在擾動發生時，PID控制器及時克服擾動，消除余差。以此達到及時克服擾動變量對水槽溫度的擾動作用，使整個系統達到平穩控制。其控制系統的方塊圖如圖3所示。應用效果    APC-PFC軟件應用到公用恒溫水槽溫度以來，公用恒溫水槽溫度的平穩性有了很大的提高，生產操作平穩性有了顯著的提高，大大減輕了操作人員的操作強度。圖4是APC-PFC先進控制軟件投運前后60天的控制效果比較圖。表1是先進控制系統投運前后數據分析。從圖4和表1