一種基于多目標(biāo)評(píng)價(jià)的優(yōu)化設(shè)定方法研究

嚴(yán)愛(ài)軍，王　朋，徐 喆　，王　普
（北京工業(yè)大學(xué)電子信息與控制工程學(xué)院北京

摘　　　要：復(fù)雜工業(yè)過(guò)程關(guān)鍵被控變量的設(shè)定值是否合理直接影響到生產(chǎn)指標(biāo)能否優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。針對(duì)設(shè)定值的合理性問(wèn)題，融入評(píng)價(jià)的思想，提出一種基于多目標(biāo)評(píng)價(jià)的優(yōu)化設(shè)定方法，采用案例推理技術(shù)建立了設(shè)定模型的總體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)設(shè)定值的事前評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了在線調(diào)整設(shè)定值的閉環(huán)尋優(yōu)功能。利用開(kāi)發(fā)出的豎爐焙燒過(guò)程仿真平臺(tái)驗(yàn)證了方法的正確性和有效性，可以避免機(jī)理分析等方法在應(yīng)用中的局限性。

關(guān)　鍵　詞：多目標(biāo)評(píng)價(jià)；案例推理；優(yōu)化設(shè)定

１　引　言
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程關(guān)鍵被控變量的設(shè)定來(lái)源于２０世紀(jì)７０年代左右出現(xiàn)的監(jiān)督控制思想［１］。設(shè)定方法及建模的研究需要考慮諸多內(nèi)因及外因。對(duì)涉及到影響生產(chǎn)指標(biāo)的關(guān)鍵被控變量的設(shè)定問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是根據(jù)過(guò)程變量的實(shí)時(shí)變化和各種生產(chǎn)指標(biāo)的要求建立設(shè)定模型的問(wèn)題，目的是滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求。優(yōu)化設(shè)定是過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)中的核心技術(shù)之一，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)業(yè)界對(duì)這個(gè)問(wèn)題都非常重視［２］。不論采用何種方法，較核心的問(wèn)題還是如何保證設(shè)定值的合理性，即所謂的優(yōu)化問(wèn)題。由于優(yōu)化設(shè)定技術(shù)的重要性，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者在設(shè)定方法及應(yīng)用方面進(jìn)行了大量的研究工作。例如，從對(duì)象的機(jī)理模型出發(fā)，Ｋｏｍａｒｅｊｉ等采用經(jīng)濟(jì)優(yōu)化策略，用全局經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的優(yōu)化來(lái)決定回路控制層的設(shè)定點(diǎn)［３］，但對(duì)于動(dòng)態(tài)參數(shù)的不確定性比較敏感，為了解決這個(gè)問(wèn)題，Ｓａｅｚ等人依據(jù)預(yù)測(cè)控制原理，設(shè)計(jì)了熱電廠汽輪機(jī)的預(yù)測(cè)型監(jiān)督控制器，滾動(dòng)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，對(duì)設(shè)定值進(jìn)行在線調(diào)整［４］。由于過(guò)程往往表現(xiàn)出多變量強(qiáng)耦合、強(qiáng)非線性、工況變化頻繁等復(fù)雜特性，難以建立其準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，上述的優(yōu)化設(shè)定方法在某些場(chǎng)合還需改進(jìn)。目前，借助于智能控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)定任務(wù)是控制領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，例如，王偉教授等人針對(duì)加熱爐在不同操作點(diǎn)的爐溫設(shè)定問(wèn)題，引進(jìn)專家的設(shè)定推理規(guī)則來(lái)保證爐溫的優(yōu)化設(shè)定［５］，席裕庚教授等人則利用模糊ＩＦ－ＴＨＥＮ規(guī)則，得到了過(guò)程的優(yōu)化設(shè)定值［６］。為了克服專家知識(shí)獲取困難的問(wèn)題，利用經(jīng)驗(yàn)案例進(jìn)行推理設(shè)定的方法也得到了關(guān)注［７］。上述的一些研究成果針對(duì)回路控制層關(guān)鍵被控變量的設(shè)定問(wèn)題采用了不同的方法進(jìn)行研究，不論是機(jī)理法設(shè)定，還是通過(guò)智能法進(jìn)行設(shè)定，在控制過(guò)程中，為了保證設(shè)定值的合理性，仍然是通過(guò)生產(chǎn)指標(biāo)的實(shí)際控制效果對(duì)那些不合理的設(shè)定值進(jìn)行補(bǔ)償校正，而生產(chǎn)指標(biāo)的分析、測(cè)量過(guò)程往往費(fèi)時(shí)費(fèi)力，從控制的角度來(lái)講，這種設(shè)定過(guò)程具有大滯后特性，實(shí)時(shí)效果很不理想，導(dǎo)致生產(chǎn)指標(biāo)難以優(yōu)化實(shí)現(xiàn)。雖然也有將以上各種方法混合的示范，但是其中的核心問(wèn)題�踩绾文軌�?qū)崟r(shí)地優(yōu)化設(shè)定值仍然是尚未完成的研究任務(wù)。本文將針對(duì)這一問(wèn)題，在設(shè)定模型中融入評(píng)價(jià)的思想，提出一種基于多目標(biāo)評(píng)價(jià)的優(yōu)化設(shè)定方法，構(gòu)建其結(jié)構(gòu)并給出相應(yīng)的算法，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了方法的有效性與合理性。

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