[发明专利]自动调整用于空间分布过程的大规模多元模型预测控制器

说明书

技术领域

本发明通常涉及用于监控和控制连续造纸(continuoussheetmaking)系统的技术，并特别是涉及自动调整用于例如造纸机横向过程的空间分布过程的大规模多元模型预测控制器。

背景技术

在利用现代高速机器造纸的技术中，必须连续监控和控制纸性质以保证纸张质量并在制造过程出现扰动时使不合格的成品量最小化。最经常要测量的纸张变量包括制造过程中不同阶段时纸张的基本重量、水分含量和纸厚度测径器(即厚度)。通常通过例如在过程开始时调节给料供给速度、在过程中期附近调节施加给纸张的蒸汽量、或在过程结束时改变压光辊之间的夹压力，来控制这些过程变量。

造纸机采用跨越连续移动卷筒展开的大型致动器阵列来控制如由从致动器的下游的一个(或数个)扫描传感器测量的纸性质的横向(CD)分布。通常，设计者正使用配对规则来选择用于控制一个纸张性质的一个CD致动器阵列，而多阵列CD过程的相互作用在传统CD控制中通常被忽略。

不幸的是大多数良好设计的单阵列CD系统是病态的(ill-conditioned)。即使在稳态时，一些它们的奇异值也小得难以察觉。大维数和病态使这些过程向控制提出挑战。近来已经提出对于多阵列CD过程而言过程的病态可能是由于多阵列测量和致动器之间的相互作用。这意味着多阵列CD系统比单阵列CD系统可能更难以控制。

已经对CD过程中的模型预测控制(MPC)的应用考虑过一段时间。虽然大多数刊发论文仅考虑一个致动器阵列和一个受控性质，从而不注意控制多个纸张性质的并列多CD致动器阵列的问题，但是多阵列CD控制系统变得更加普遍。工业模型预测控制实施可以采用从补充工业模型识别工具(complementary industrial modelidentification tool)获得的CD过程的多阵列模型。多阵列控制的优点在已经报道过的改善的性能方面是明显的。在线最优化的主要缺点是所需的巨大的计算负担，如约束二次方程式编程(QP)问题可能需要产生如600个那么多的致动器选点，从频繁如每15秒上至6000次测量上经受上至1800个约束。最优化问题是高结构化的，而开发这种结构的最优化算法已经被开发出来。可能的补充技术是使用模型缩小技术来减少最优化问题的大小。

在R.Shridhar和D.J.Cooper的“A tuning strategy forunconstrained multivariable model predictive control”，Industrial & Engineering Chemistry & Research，vol.37，no.10，pp 4003-4016，1998，和D.Dougherty和D.J.Cooper的“Tuningguidelines of a dynamic matrix controller for integrating(non-self-regulating)processes”，Industrial & EngineeringChemistry & Research，vol.42，no.8，pp 1739-1752，2003中，作者提出用于多元动态矩阵控制器的一些调整指导方针。在K.Y.Rani和H.Unbehauen的“Study of predictive controller tuningmethods”，Automatica，vol.33，no.12，pp 2243-2248，1997中，作者提出基于调整规则和闭环防真的用于预测控制器的调整程序。