引 言 　　 模型預(yù)測控制（MPC）是目前得到廣泛應(yīng)用的先進(jìn)控制策略。預(yù)測控制具有預(yù)測模型、滾動優(yōu)化、反饋校正等特點(diǎn)，適應(yīng)復(fù)雜工業(yè)過程控制的要求。預(yù)測函數(shù)控制（PFC）是第三代模型預(yù)測控制算法，由于具有在線計(jì)算量少、對模型精度要求不高、有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和魯棒性等特點(diǎn)，在工業(yè)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。 　　 氨綸是近年來發(fā)展最快的一種合成纖維。它是一種重要的高技術(shù)纖維, 具有軟硬嵌段的區(qū)段結(jié)構(gòu)特征, 性能優(yōu)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(chǎn)中的一個重要環(huán)節(jié)，聚合過程的好壞對氨綸質(zhì)量起著決定性的作用。同時由于氨綸生產(chǎn)大多采用間歇方式，若干條生產(chǎn)線同時運(yùn)行，存在著干擾因素多、非線性嚴(yán)重等問題，常規(guī)PID控制難以達(dá)到滿意的控制效果，從而造成聚合質(zhì)量不穩(wěn)定，影響氨綸的質(zhì)量。 　　 因此，針對聚合過程存在的控制難題，應(yīng)用了浙江中控軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的預(yù)測函數(shù)控制軟件APC-PFC建立聚合過程的先進(jìn)控制系統(tǒng)，并于2006年7月成功投入運(yùn)行。聚合過程先進(jìn)控制系統(tǒng)投運(yùn)后大大減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，提高了聚合過程的穩(wěn)定性，取得了滿意的控制效果。 [align=center] [/align] 氨綸聚合過程工藝和特點(diǎn) 　　 氨綸聚合過程是典型的間歇過程，放熱反應(yīng)過程。由于反應(yīng)釜溫度太高，副反應(yīng)加劇；反應(yīng)釜溫度太低，反應(yīng)不夠完全，因此聚合反應(yīng)釜溫度直接影響聚合質(zhì)量，需嚴(yán)格按照一定的溫度軌跡運(yùn)行。 　　 聚合過程工藝流程如圖1所示。若干個聚合反應(yīng)器同時進(jìn)行生產(chǎn)，聚合反應(yīng)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(jīng)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(diào)節(jié)蒸汽量的大小來控制。由于循環(huán)進(jìn)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(yán)重影響聚合反應(yīng)釜溫度的控制，最終影響氨綸產(chǎn)品的質(zhì)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(jìn)控制軟件原理及特點(diǎn) 　　 APC-PFC先進(jìn)控制軟件的核心算法是預(yù)測函數(shù)控制（PFC）。PFC隸屬于模型預(yù)測控制家族的一種，由法國的J.Richalet等人于1986年提出。與傳統(tǒng)的模型預(yù)測控制算法不同，PFC注重控制變量的結(jié)構(gòu)形式，將控制輸入視為基函數(shù)的加權(quán)組合，引入誤差反饋校正，進(jìn)行在線優(yōu)化。由于PFC仍屬于模型預(yù)測控制的范疇，因此它仍具有模型預(yù)測控制的三大原理，即內(nèi)部模型（預(yù)測輸出）、滾動優(yōu)化和反饋校正等三大部分。PFC的各個部分之間的關(guān)系可以用圖2來描述。由于基函數(shù)及其響應(yīng)均可事先離線計(jì)算，在線計(jì)算只在于少量線性加權(quán)系數(shù)的參數(shù)優(yōu)化，因此PFC的在線計(jì)算量比一般的模型預(yù)測控制算法顯著減少。同時PFC的控制變量結(jié)構(gòu)規(guī)律明確，比模型算法控制有很大改進(jìn)，這是PFC的一個優(yōu)點(diǎn)。 　　 在PFC算法中，其調(diào)節(jié)手段有基函數(shù)、參考軌跡和優(yōu)化時域。其中控制精度取決于基函數(shù)的選擇；動態(tài)響應(yīng)主要受參考軌跡影響，同時受優(yōu)化時域的影響；系統(tǒng)穩(wěn)定性和魯棒性主要由優(yōu)化時域起作用，但也受參考軌跡的影響。因此在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，可以按照閉環(huán)控制性能要求很快整定得到PFC控制器的有關(guān)參數(shù)。這是PFC的又一個優(yōu)點(diǎn)。 　　 綜合以上PFC的特點(diǎn)，APC-PFC先進(jìn)控制軟件具有算法簡單，在線計(jì)算量少，對模型精度要求低；調(diào)節(jié)參數(shù)少等特點(diǎn)。易于在工程中實(shí)施和推廣運(yùn)用。 先進(jìn)控制方案設(shè)計(jì) 　　 公用恒溫水槽溫度的波動會影響聚合質(zhì)量，從而氨綸產(chǎn)品的質(zhì)量。考慮到常規(guī)PID控制效果不是十分理想，為此，我們設(shè)計(jì)了以APC-PFC先進(jìn)控制軟件為監(jiān)督層，常規(guī)PID控制為控制層的透明控制結(jié)構(gòu)的先進(jìn)控制系統(tǒng)。該控制結(jié)構(gòu)既結(jié)合了PID控制的可靠性、穩(wěn)定性，又糅合了PFC的良好的設(shè)定值跟蹤性能及動態(tài)響應(yīng)效果。 　　 APC-PFC在這里起到監(jiān)督層的控制作用，實(shí)際應(yīng)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(fā)生時，PID控制器及時克服擾動，消除余差。以此達(dá)到及時克服擾動變量對水槽溫度的擾動作用，使整個系統(tǒng)達(dá)到平穩(wěn)控制。其控制系統(tǒng)的方塊圖如圖3所示。 應(yīng)用效果 　　 APC-PFC軟件應(yīng)用到公用恒溫水槽溫度以來，公用恒溫水槽溫度的平穩(wěn)性有了很大的提高，生產(chǎn)操作平穩(wěn)性有了顯著的提高，大大減輕了操作人員的操作強(qiáng)度。圖4是APC-PFC先進(jìn)控制軟件投運(yùn)前后60天的控制效果比較圖。表1是先進(jìn)控制系統(tǒng)投運(yùn)前后數(shù)據(jù)分析。從圖4和表1可以看出，公用恒溫水槽溫度在先進(jìn)控制投運(yùn)前波動較大，控制效果并不理想；APC-PFC先進(jìn)控制軟件投運(yùn)后，能夠有效的克服擾動，控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量明顯提高，方差和極差均顯著減小，大大改善了氨綸聚合過程的操作平穩(wěn)性，為聚合質(zhì)量的提高創(chuàng)造了有利條件。