Page 77 - 化工产品质量与安全管理

第三章 化工生产过程检测及技术应用

2. 反演控制方法
在控制策略中，专家根据不同的化工系统，提出了各异的控制方法，主要分
为模型和无模型两类控制。基于模型的控制方法可以保证系统的稳定性，迄今这

类控制方法主要有反演控制 LQR 控制、滑模控制和 LQG 控制。反演控制是基于
Lyapunov 函数控制设计的，具有系统化、稳定性和结构化的特点，在化工系统
中具有一定的优越性，可以通过选取恰当的控制参数，保证闭环系统来满足动静
态性能。与其他反馈控制方法相比，反演控制能够充分利用系统的非线性项，将

其层叠使用在控制设计的各个步骤里，进而避免了取消部分非线性部分才能达到
线性化目的。基于反演控制化工系统的优化，可以对反演控制设计步骤进行以下
简要说明。首先，需要将一个复杂的化工过程进行系统分解，如果化工系统的总
阶数为 M，那么分解之后的子系统的总数量也不能超过 M；然后，针对每一个

子系统设计 Lyapunov 函数，在确保子系统稳定收敛的前提下，逐级地为其设计
虚拟控制器，并将上一阶子系统的虚拟控制器作为下一阶子系统的跟踪目标；最
后，结合逐级推导的控制设计结果，得出系统的实际控制器。
3. 反演在化工过程故障诊断的应用

反演系统的应用领域涉及生物、医疗、地球物理和建筑等，化学工程也是较
早应用的其中领域之一。Sever A 等将模式识别视作为不适当的反演问题，在正
则化模型的基础上建立新的学习算法，用于非均匀对象的重构。王琳琳等为了求
解肿瘤的关键参数，通过红外检测法测量肿瘤的体表温度。为了研究热声反演，

Nowak I 等通过燃烧室的压力的数据，运用贝叶斯法计算热释放速率，测试结果
表明贝叶斯法可较好地应用在热声反演问题中，可估算相关参数，构建测量点处
的原始值，并取得了较好效果。在反演过程中，Nowak I 等利用粒子群算法确定
位置参数，用最小二乘法演算目标粒子的位置函数，结果显示，演算速度有所提

高，精密度较好。因此，在化工过程故障识别的基础上开展相关参数的反演时，
需要将模型与数据结合在一起，对化工过程中的故障进行综合诊断，将会实现更
好的效果。
（二）故障诊断

1. 故障诊断作用
故障是指运算异常导致系统部分性能下降，偏离预定目标。故障的原因来
自某个参数或者多个参数的变化。为了消除故障的影响，保证系统有序、正常

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