CN103365207B - 一种工业过程的控制方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业过程的控制方法和设备。该方法包括：针对每个输入变量在稳态下对应的稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值。基于目标函数和关于多个稳态输出变量与多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足预先设定的条件的情况下，使目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值。将下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对工业设备的可控变量实施控制。本发明所提供的方法能够在兼顾***经济性能的前提下实现基于目标设定点的工业过程控制。

Description

一种工业过程的控制方法和设备

技术领域

本发明涉及工业过程控制领域，尤其涉及一种工业过程的控制方法和设备。

背景技术

工业过程中使用的过程控制***，通常具有多个输入变量以及随这些输入变量的改变而变化的多个输出变量。这些多个输入变量通常是执行工业过程的工业设备的可控变量，而多个输出变量可以是工业过程的运行结果有关的变量。工业过程的多变量控制可以分为两层，上层为稳态优化，下层为动态控制。实际的工业过程都是动态的，因此***的状态也是不断变换的。工业过程的稳态是指当时间趋于无穷时***所体现出的稳定状态。工业过程的稳态优化是在一定的***性能和给定的约束条件下，获得当***为稳定状态时，使生产过程性能更优的***稳态操作点。稳态操作点可以由输入变量的稳态值和输出变量的稳态值来表示。进而，可以按照所获得的稳态操作点中的输入变量的稳态值来设置可控变量，实施工业过程控制。

为获得***的稳态操作点，工业过程的稳态优化方法可以使用反映生产过程经济性能目标函数来实现。这些经济性能可以是生产过程所产生的经济效益或者所消耗的成本等。面向经济性能的稳态优化意在获得当经济性能最优时的稳态操作点，进而使用该稳态操作点的输入变量值和输出变量值进行过程控制，以实现更好的经济性能目标。

通常，现有的工业过程的稳态优化方法是在***当前时刻操作点的基础上寻找使生产过程经济性能最优的下一时刻的工作点。这种方法所要达到的目标是基于***当前时刻操作点获得***下一时刻的新的操作点，虽然这种方法考虑了生产过程的经济性能，但这种方法仅仅基于***当前时刻的操作点，不是对任意稳态设定目标点的跟踪。

例如，在一种稳态优化方法中，计算体现经济性能的目标函数在满足一定边界条件的情况下的极小值。

目标函数可以为：

$\underset{\mathrm{\Δ}{U}_{\∞}\left(k\right)}{\min }J=C^T\mathrm{\Δ}{U}_{\∞}\left(k\right)$

其中，C^T＝[c₁c₂…c_m]为一组代价系数。

表示一组下一时刻稳态输入变量与当前时刻稳态输入变量之差。

工业过程的稳态优化方法不仅可以实现使经济性能达到更优的过程控制，还可以实现以任意稳态设定点为目标的目标点跟踪。目标点跟踪是指在设定稳态设定点之后，在***当前时刻稳态操作点的基础上，寻找下一个时刻新的稳态操作点，使新的稳态操作点尽可能地接近所设定的稳态设定点。

在一种对目标设定点进行跟踪的方法中，首先，设定目标设定点，该目标设定点由***上层的非线性稳态优化器进行实时优化而得到，

随后选择二次型目标函数进行计算，该目标函数的公式表示为：

$\underset{\mathrm{\Δ}{U}_{\∞}}{\min }J=({\left|\right|Y_{\∞}(k+1)-Y_T\left|\right|}_Q^2+{\left|\right|U_{\∞}(k+1)-U_T\left|\right|}_R^2)$

该目标函数的含义是，在***当前时刻稳态操作点的基础上，寻找下一个时刻新的稳态操作点(U_∞(k+1)，Y_∞(k+1))，使新的稳态操作点与给定的目标设定点(U_T，Y_T)在最小二乘意义下距离最短，即最接近目标设定点。

这种方法虽然可以在一定程度上使新的稳态工作点(U_∞(k+1)，Y_∞(k+1))接近(U_T，Y_T)，但是这种目标设定点跟踪方法仅以与目标设定之间的接近程度为目的，没有考虑经济性能，对于工业过程控制来说实用性差。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是在兼顾一定经济性能的前提下对通过设定目标设定点实现工业过程的控制。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明实施例提供了一种工业过程的控制方法，所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个输出变量，所述多个输入变量是执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量和所述多个输出变量在稳态下对应的多个稳态输入变量和多个稳态输出变量需要满足预先设定的条件，

其特征在于，所述方法包括：

步骤1.针对每个稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值；

步骤2.基于目标函数和关于所述多个稳态输出变量与所述多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足所述预先设定的条件的情况下，使所述目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值，所述目标函数是以所述稳态输入变量权值、所述稳态输入变量目标值为参数，并且以所述下一时刻稳态输入变量为变量的函数；

步骤3.将所述下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对所述工业设备的可控变量实施控制。

优选地，所述目标函数是所述下一时刻稳态输入变量与所述稳态输入变量目标值之差与所述稳态输入变量权值的乘积的一次函数或二次函数。

优选地，所述稳态输入变量权值是所述稳态输入变量值发生单位变化所涉及的成本值。

优选地，所述多个稳态输入变量和所述多个稳态输出变量之间的稳态函数关系模型为稳态输出增量是稳态输入增量与扰动输入增量的线性组合与修正误差之和，线性组合的系数根据对象稳态模型来确定，

所述稳态输出增量是下一时刻稳态输出变量与当前时刻稳态输出变量之间的差值，

所述稳态输入增量是下一时刻稳态输入变量与当前时刻稳态输入变量之间的差值，

所述扰动输入增量是当前时刻扰动输入值与上一时刻扰动输入值之间的差值。

优选地，该控制方法还包括：

为所述至少一个稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围，所述稳态输入变量目标值在所述稳态输入变量目标范围之中；

多次重复执行所述步骤2和步骤3，以使得最终得到的所述至少一个稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值在所述稳态输入变量目标范围之内。

优选地，还包括：

为所述至少一个稳态输出变量设定稳态输出变量目标范围，

其中，通过多次重复执行所述步骤2和步骤3，还使得根据所述下一时刻稳态输入变量值，通过所述稳态函数关系模型获得的所述至少一个稳态输出变量的下一时刻稳态输出变量值在所述稳态输出变量目标范围之内。

优选地，所述多个稳态输入变量中部分稳态输入变量为未设置目标设定点的第一稳态输入变量，部分稳态输入变量为设置了目标设定点的第二稳态输入变量，所述目标设定点包括稳态输入变量目标值，

所述目标函数为：

下一时刻第一稳态输入变量与当前时刻第一稳态输入变量之差与第一稳态输入变量权值的乘积的一次函数，加上下一时刻第二稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与第二稳态输入变量权值的乘积的一次函数，或者

下一时刻第一稳态输入变量与当前时刻第一稳态输入变量之差与第一稳态输入变量权值的乘积的二次函数，加上下一时刻第二稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与第二稳态输入变量权值的乘积的二次函数。

根据本发明的第二个方面，还提供一种工业过程的控制设备，所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个输出变量，所述多个输入变量是执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量和所述多个输出变量在稳态下对应的多个稳态输入变量和多个稳态输出变量需要满足预先设定的条件，

其特征在于，该控制设备包括：

设置装置，用于针对每个稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值；

优化计算装置，用于基于目标函数和关于所述多个稳态输出变量与所述多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足所述预先设定的条件的情况下，使所述目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值，所述目标函数是以所述稳态输入变量权值、所述稳态输入变量目标值为参数，并且以所述下一时刻稳态输入变量为变量的函数；

工业设备控制装置，用于将所述下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对所述工业设备的可控变量实施控制。

优选地，所述目标函数是所述下一时刻稳态输入变量与所述稳态输入变量目标值之差与所述稳态输入变量权值的乘积的一次函数或二次函数。

优选地，该控制设备还包括：

目标范围设定装置，用于为所述至少一个稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围，所述稳态输入变量目标值在所述稳态输入变量目标范围之中，

所述优化计算装置多次重复执行所述优化计算，以使得最终得到的所述至少一个稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值在所述稳态输入变量目标范围之内。

通过本发明所提供的工业过程的控制方法，基于目标函数和稳态输入变量与稳态输出变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，目标函数是以预先设定的稳态输入变量权值和稳态输入变量目标值为参数，计算使目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量，作为下一时刻稳态输入变量。稳态输入变量权值的设定和目标函数极值的取得体现了对***经济性能的考虑，同时，通过设定稳态输入变量目标值作为目标设定点进行跟踪，实现在兼顾***经济性能的前提下对目标设定点的跟踪，从而所获得的下一时刻稳态输入变量更具有实用性，进而将工业设备的可控变量设置为所获得的下一时刻稳态输入变量值以实现性能更优的工业过程控制。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：

图1示出了本发明所提供的控制方法实施例的流程示意图；

图2示出了本发明设定稳态输入变量目标范围的示意图；

图3示出了本发明设定稳态输出变量目标范围的示意图；

图4示出了本发明所提供的控制方法实施例中的下一时刻稳态输入变量值的轨迹示意图；

图5示出了本发明所提供的控制设备实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

工业过程具有多个控制输入变量以及随这些多个输入变量的改变而变化的多个输出变量。多个输入变量是执行工业过程的工业设备的可控变量，多个输出变量是与工业过程的运行结果有关的变量，对于线性多变量过程来说，多个输入变量以及多个输出变量之间的对应可以用一定的函数关系模型进行描述。函数关系模型是由***的本质特性而确定的，利用***的函数关系模型可以根据控制输入变量获得控制输出变量，反之亦然。

工业过程***的输入变量和输出变量之间的函数关系模型可以有多种。在获得***的函数关系模型后，还需要对函数关系模型进行稳态化处理，以获得***在达到稳态时的稳态输入变量和稳态输出变量之间的稳态函数关系模型，稳态输入变量和稳态输出变量对应于***的输入变量和输出变量在稳态下的表示。

工业过程的多个稳态输入变量和多个稳态输出变量的稳态函数关系模型可以有多种。例如，一种稳态函数关系模型可以表示为稳态输出增量是稳态输入增量与扰动输入增量的线性组合与修正误差之和，线性组合的系数根据对象稳态模型来确定，其中，稳态输出增量是下一时刻稳态输出变量与当前时刻稳态输出变量之间的差值，稳态输入增量是下一时刻稳态输入变量与当前时刻稳态输入变量之间的差值，扰动输入增量是当前时刻扰动输入值与上一时刻扰动输入值之间的差值。

对于实际的工业生产过程，稳态输入变量和稳态输出变量分别存在一定边界约束条件。因此，多个稳态输入变量和多个稳态输出变量需要满足一定预先设定的条件，使得下一时刻稳态输入变量和下一时刻稳态输出变量位于各自的边界约束条件的上边界值和下边界值之间。

此外，稳态输入变量和稳态输出变量在优化与控制的执行过程中还将受到稳态增量约束条件的限制，稳态输入增量和稳态输出增量分别位于各自的增量约束条件的上边界值和下边界值之间。稳态输入增量是下一时刻稳态输入变量与当前时刻稳态输入变量之间的差值，稳态输出增量是下一时刻稳态输出变量与当前时刻稳态输出变量之间的差值，

参考图1所示，该图是本发明工业过程的控制方法一种实施例的流程示意图，下面详细介绍本发明工业过程的控制方法实施例的步骤。

在各实施例中所描述的工业过程具有多个输入变量以及随多个输入变量的改变而变化的多个输出变量。多个输入变量是执行工业过程的工业设备的可控变量，多个输出变量是与工业过程的运行结果有关的变量。多个稳态输入变量和多个稳态输出变量是***的多个输入变量和多个输出变量在***处于稳态下的表示，多个稳态输入变量和多个稳态输出变量与多个输入变量和多个输出变量相对应。

多个稳态输入变量和多个稳态输出变量满足预先设定的条件，既前述边界约束条件和增量约束条件。

在步骤101中，为每个稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值。

由于稳态输入增量ΔU_∞(k)与稳态输出增量ΔY_∞(k)存在上述稳态函数关系模型所表示的线性相关关系，因此，可以将两者统一用稳态输入增量ΔU_∞(k)表示。

在使用稳态输入增量ΔU_∞(k)表示稳态输出增量ΔY_∞(k)之后，针对具体工业过程，为稳态输入增量ΔU_∞(k)设置稳态输入变量权值。设置权值的方法可以是将稳态输入变量的单位增量所产生的效益或成本进行标准化，使用标准化后的参量来表示各个稳态输入变量的效益或成本。即稳态输入变量权值是稳态输入变量值发生单位变化所涉及的成本值。可以使用±符号来区分成本与效益，+表示成本，-表示效益。例如，每个稳态输入变量的稳态输入变量权值的集合可以表示为C^T＝[c₁c₂…c_m]，m为稳态输入变量的个数。

工业过程的多个稳态输入变量可能具有不同的特点，其中一部分稳态输入变量需要设定目标设定点，通过稳态优化的目标跟踪方法计算下一时刻的稳态操作点，在达到经济性能最优的情况下，使下一时刻的稳态操作点尽可能地接近设定的目标设定点。但是，对于另一部分稳态输入变量不设定目标设定点，仅通过稳态优化的目标跟踪方法的计算使下一时刻的稳态操作点，在达到经济性能最优的情况下，下一时刻的稳态操作点尽可能地接近当前时刻的稳态输入变量值。

对于需要设定目标设定点的稳态输入变量来说，除需要设置稳态输入变量权值之外，还需要设置稳态输入变量目标值U_T。

目标设定点是所期望的***稳态操作点，目标设定点包括稳态输入变量目标值U_T和稳态输出变量目标值Y_T。由于稳态输入变量目标值U_T和稳态输出变量目标值Y_T之间存在的线性相关关系，因此，通过设置稳态输入变量目标值U_T和它们之间的线性相关关系，可以获得稳态输出变量目标值Y_T。

目标设定点可以是***上层的优化器优化计算的结果，也可以是工艺人员根据经验给定的理想值。

在步骤102中，基于目标函数和关于多个稳态输出变量与多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足预先设定的条件的情况下，使目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻输入稳态变量值。目标函数是以稳态输入变量权值、稳态输入变量目标值为参数，并且以下一时刻稳态输入变量为变量的函数。

为体现工业过程***的经济性能，目标函数可以选择以稳态输入变量权值和稳态输入变量目标值为参数，并且以下一时刻稳态输入变量为变量的函数。由于稳态输入变量权值与稳态输入变量的某种经济指标相关，因此，在满足预先设定的条件的情况下，使目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值，可以实现该种经济指标的极值，并且通过设定稳态输入变量目标值作为目标设定点进行跟踪，从而可以实现在兼顾***经济性能的前提下实现对目标设定点的跟踪。

目标函数可以是下一时刻稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与稳态输入变量权值的乘积的一次函数或二次函数。

在步骤103中，将下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对工业设备的可控变量实施控制。将工业设备的可控变量设置为在步骤102中获得的下一时刻稳态输入变量值，从而可以实现更接近设定的稳态输入变量目标值并且兼顾经济性的工业过程控制。

在进行优化计算以获得目标函数在取得极值时的下一时刻稳态输入变量的值的过程中，多个稳态输出变量可以通过多个稳态输入变量与多个稳态输出变量之间的稳态函数关系模型而获得。从而还可以实现基于目标函数获得在预先设定的条件的情况下，最接近设定的目标设定点(U_T，Y_T)的下一个稳定工作状态(U_∞(k+1)，Y_∞(k+1))。

基于目标函数所获得的下一个稳定工作状态(U_∞(k+1)，Y_∞(k+1))除满足上述预先设定的条件以外，即在另一种实施方案中，还可以进一步增加对(U_∞(k+1)，Y_∞(k+1))的软约束条件，既为稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围(U_Tmin，U_Tmax)，输入变量目标值U_T在稳态输入变量目标范围之中，并为稳态输出变量设定稳态输出变量目标范围(Y_Tmin，Y_Tmax)，满足以下不定式组：

U_Tmin≤U_∞(k+1)≤U_Tmax

Y_Tmin≤Y_∞(k+1)≤Y_Tmax

其中，和分别为设定的稳态输入变量目标范围的下界和上界。通常，软约束条件是相对于前述预先设定的条件更为严格的条件，因此，U_Tmin、U_Tmax的取值不同于U_min、U_max，通常来说UT_min≥U_min，U_Tmax≤U_max。

参考图2所示，(U_Tmin，U_Tmax)取值覆盖的范围小于(U_min，U_max)，图中U_{T_range}表示U_T可以取值的范围。

参考图3所示，类似地，(Y_Tmin，Y_Tmax)取值覆盖的范围小于(Y_min，Y_max)，图3中Y_{T_range}表示Y_T可以取值的范围。

在使用目标函数进行优化计算以实现对目标设定点的跟踪过程中，完成一次优化计算的结果即(U_∞(k+1)，Y_∞(k+1))可能不能满足软约束条件既稳态输入和稳态输出变量目标范围，因此可以使用迭代的方法多次执行优化计算，以使得最终得到的下一时刻稳态输入变量U_∞(k+1)在该稳态输入变量目标范围(U_Tmin，U_Tmax)之内，并且通过稳态函数关系模型获得的至少一个稳态输出变量的下一时刻输出变量稳态Y_∞(k+1)在输出变量目标范围(Y_Tmin，Y_Tmax)之内。

参考图4所示，该图以下一刻稳态输入变量稳态值为例，示出了经过多次迭代计算后下一时刻稳态输入变量值U_∞(k+1)达到稳态输入变量目标范围(U_Tmin，U_Tmax)之内的轨迹图。在图4中，ΔU_∞′(k)表示下一时刻稳态输入变量U_∞(k+1)与稳态输入变量目标值U_T之差，ΔU_∞(k)表示下一时刻稳态输入变量U_∞(k+1)与当前时刻稳态输入变量U_∞(k)之差。

进一步，在获得下一时刻稳态输入变量U_∞(k+1)后，可以将U_∞(k+1)传到基础控制回路对工业设备的可控变量实施控制。

在将U_∞(k+1)传到基础控制回路实施控制后，***受到基础控制回路的控制，状态将发生改变，从而在下一时刻又可以循环执行上述实施例中步骤102，既根据稳态输入变量目标值，并基于目标函数和稳态函数关系模型进行优化计算，以获得新的下一时刻稳态输入变量值以及新的下一时刻稳态输出变量值，再执行步骤103进行控制，即多次重复执行步骤102和步骤103，以使得最终得到的至少一个稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值在稳态输入变量目标范围之内，并且根据下一时刻稳态输入变量值，通过稳态函数关系模型获得的至少一个稳态输出变量的下一时刻稳态输出变量值在稳态输出变量目标范围之内。

在进行循环优化计算的过程中，输入变量目标值设定后通常可以是不改变的。

另外，作为一种可选的实施方式，也可以仅为稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围(U_Tmin，U_Tmax)，稳态输入变量目标值在该输入变量目标范围之中。多次重复执行步骤102和步骤103，以使得最终得到的稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值U_∞(k+1)在稳态输入变量目标范围(U_Tmin，U_Tmax)之内。在这种实施例中，下一时刻稳态输出变量Y_∞(k+1)仅需要满足***预先设定的约束条件。

如前所述，根据多个输入变量可能具有不同的特点，在进行一次工业过程控制的计算过程中，针对多个输入变量对应的多个稳态输入变量，可能需要对部分稳态输入变量设定目标设定点，在达到经济性能最优的情况下，通过设定目标设点的方法进行优化计算使下一时刻的稳态操作点尽可能接近设定的目标设定点。对另一部分稳态输入变量不设定目标设定点，在达到经济性能最优的情况下，计算使下一时刻的稳态操作点尽可能接近当前时刻的稳态操作点。

具体地，多个稳态输入变量中部分稳态输入变量为未设置目标设定点的第一稳态输入变量，部分稳态输入变量为设置了目标设定点的第二稳态输入变量，目标设定点包括稳态输入变量目标值，目标函数可以为：

下一时刻第一稳态输入变量与当前时刻第一稳态输入变量之差与第一稳态输入变量权值的乘积的一次函数，加上下一时刻第二稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与第二稳态输入变量权值的乘积的一次函数，或者

下一时刻第一稳态输入变量与当前时刻第一稳态输入变量之差与第一稳态输入变量权值的乘积的二次函数，加上下一时刻第二稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与第二稳态输入变量权值的乘积的二次函数。

参考图5所示，本发明还提供了一种与本发明控制方法相对应的工业过程的控制设备，该图为控制设备一种实施例的结构示意图。

工业过程具有多个输入变量以及随多个输入变量的改变而变化的多个输出变量，多个输入变量是执行工业过程的工业设备的可控变量，多个输出变量是与工业过程的运行结果有关的变量，多个输入变量和多个输出变量在稳态下对应的多个稳态输入变量和多个稳态输出变量需要满足预先设定的条件，该控制设备500包括设置装置501、优化计算装置502以及工业设备控制装置503。

设置装置501用于针对每个稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值。

优化计算装置502用于基于目标函数和关于多个稳态输出变量与多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足预先设定的条件的情况下，使目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值，目标函数是以稳态输入变量权值、稳态输入变量目标值为参数，并且以下一时刻稳态输入变量为变量的函数。

工业设备控制装置503用于将下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对工业设备的可控变量实施控制。

在另一种实施例中，目标函数是下一时刻稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与稳态输入变量权值的乘积的一次函数或二次函数。

在另一种实施例中，该控制设备还包括目标范围设定装置。

目标范围设定装置用于为至少一个稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围，稳态输入变量目标值在稳态输入变量目标范围之中，

优化计算装置多次重复执行优化计算，以使得最终得到的至少一个稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值在稳态输入变量目标范围之内。

至此，已经详细描述了根据本发明的一种工业过程的控制方法和设备。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

另外，本发明实施例设备的构成装置之间的连接关系，仅表示基于本发明的一个信息流向关系示例，不限制为物理连接关系，并且也不一定是实现本发明实施例所必须或仅限的。

可能以许多方式来实现本发明的方法和设备。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本发明的方法和***。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本发明的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本发明实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本发明的方法的机器可读指令。因而，本发明还覆盖存储用于执行根据本发明的方法的程序的记录介质。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种工业过程的控制方法，

所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个输出变量，所述多个输入变量是执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量和所述多个输出变量在稳态下对应的多个稳态输入变量和多个稳态输出变量需要满足预先设定的条件，

其特征在于，所述方法包括：

步骤1.针对每个稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值；

步骤2.基于目标函数和关于所述多个稳态输出变量与所述多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足所述预先设定的条件的情况下，使所述目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值，所述目标函数是以所述稳态输入变量权值、所述稳态输入变量目标值为参数，并且以所述下一时刻稳态输入变量为变量的函数；

步骤3.将所述下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对所述工业设备的可控变量实施控制。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述目标函数是所述下一时刻稳态输入变量与所述稳态输入变量目标值之差与所述稳态输入变量权值的乘积的一次函数或二次函数。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述稳态输入变量权值是所述稳态输入变量值发生单位变化所涉及的成本值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述多个稳态输入变量和所述多个稳态输出变量之间的稳态函数关系模型为稳态输出增量是稳态输入增量与扰动输入增量的线性组合与修正误差之和，线性组合的系数根据对象稳态模型来确定，

所述稳态输出增量是下一时刻稳态输出变量与当前时刻稳态输出变量之间的差值，

所述稳态输入增量是下一时刻稳态输入变量与当前时刻稳态输入变量之间的差值，

所述扰动输入增量是当前时刻扰动输入值与上一时刻扰动输入值之间的差值。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：

为所述至少一个稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围，所述稳态输入变量目标值在所述稳态输入变量目标范围之中；

多次重复执行所述步骤2和步骤3，以使得最终得到的所述至少一个稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值在所述稳态输入变量目标范围之内。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，还包括：

为至少一个稳态输出变量设定稳态输出变量目标范围，

其中，通过多次重复执行所述步骤2和步骤3，还使得根据所述下一时刻稳态输入变量值，通过所述稳态函数关系模型获得的所述至少一个稳态输出变量的下一时刻稳态输出变量值在所述稳态输出变量目标范围之内。

7.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，

所述多个稳态输入变量中部分稳态输入变量为未设置目标设定点的第一稳态输入变量，部分稳态输入变量为设置了目标设定点的第二稳态输入变量，所述目标设定点包括稳态输入变量目标值，

所述目标函数为：

下一时刻第一稳态输入变量与当前时刻第一稳态输入变量之差与第一稳态输入变量权值的乘积的一次函数，加上下一时刻第二稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与第二稳态输入变量权值的乘积的一次函数，或者

下一时刻第一稳态输入变量与当前时刻第一稳态输入变量之差与第一稳态输入变量权值的乘积的二次函数，加上下一时刻第二稳态输入变量与稳态输入变量目标值之差与第二稳态输入变量权值的乘积的二次函数。

8.一种工业过程的控制设备，所述工业过程具有多个输入变量以及随所述多个输入变量的改变而变化的多个输出变量，所述多个输入变量是执行所述工业过程的工业设备的可控变量，所述多个输出变量是与所述工业过程的运行结果有关的变量，所述多个输入变量和所述多个输出变量在稳态下对应的多个稳态输入变量和多个稳态输出变量需要满足预先设定的条件，

其特征在于，该控制设备包括：

设置装置，用于针对每个稳态输入变量设置稳态输入变量权值，并针对至少一个稳态输入变量设置稳态输入变量目标值；

优化计算装置，用于基于目标函数和关于所述多个稳态输出变量与所述多个稳态输入变量之间的稳态函数关系模型进行优化计算，以获得在满足所述预先设定的条件的情况下，使所述目标函数取得极值的下一时刻稳态输入变量的值，作为下一时刻稳态输入变量值，所述目标函数是以所述稳态输入变量权值、所述稳态输入变量目标值为参数，并且以所述下一时刻稳态输入变量为变量的函数；

工业设备控制装置，用于将所述下一时刻稳态输入变量值传到基础控制回路对所述工业设备的可控变量实施控制。

9.根据权利要求8所述的控制设备，其特征在于，所述目标函数是所述下一时刻稳态输入变量与所述稳态输入变量目标值之差与所述稳态输入变量权值的乘积的一次函数或二次函数。

10.根据权利要求8所述的控制设备，其特征在于，还包括：

目标范围设定装置，用于为所述至少一个稳态输入变量设定稳态输入变量目标范围，所述稳态输入变量目标值在所述稳态输入变量目标范围之中，

所述优化计算装置多次重复执行所述优化计算，以使得最终得到的所述至少一个稳态输入变量的下一时刻稳态输入变量值在所述稳态输入变量目标范围之内。