全局自优化控制策略及其测量变量子集选择

李啸晨，苏宏业，谢磊，王一钦

（浙江大学智能系统与控制研究所，浙江杭州310027）

引 言

过程系统在操作运行中会受到各种扰动和不确定因素的影响（如设备老化、原料组分波动、环境温度变化等），导致系统性能发生退化。为了在全球市场中保持竞争力，迫切需要执行优化控制的相关策略[1-2]。其中，自优化控制的方法被证明是最具有潜力的一种。Skogestad[3]首先提出了自优化控制的概念，其核心思想是选取一组合适的被控变量，然后通过反馈作用将它们调节到期望的常值设定点处，即使存在各种扰动和不确定因素的影响，也能够实现近似最优运行的目标。

自优化控制旨在利用较小的计算负担和较为简单的控制结构，实现近似最优运行的目标[4]。过程操作不一定达到精确的最优解，而是允许一定范围内的经济性能损失。但是，此方法结合了离线的分析计算和在线的反馈控制，因此具有较快的收敛速度。自优化控制的方法已经被成功应用于过程系统中[5-7]，此外如进料量的恒定比率控制，温度和压力的卡边控制等也可以应用到自优化控制的思想。

经过近20年的发展，自优化控制领域取得了丰富的研究成果。从最开始选择独立的测量变量作为被控变量，到后来选择测量变量的组合关系作为被控变量。Halvorsen 等[8]将被控变量选择问题转化为一个非线性规划问题，进而提出一种局部精确的方法，得到了组合矩阵（选择矩阵）的解析表达形式。Alstad 等[9]提出一种零空间的方法，用于选择测量变量的线性组合关系，能够实现局部最优的操作目标。……