电气091_09401170109_王静威_软测量技术.doc

宁 波 工 程 学 院 过程控制学年论文 论 文 题 目： 软测量技术 学 院 名 称： 电子与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 09-1班 学 生 姓 名： 王静威 学号： 09401170109 指 导 教 师： 廖远江 软测量技术 王静威 (宁波工程学院 电子与信息工程学院 浙江 宁波 09401170109) 摘要：软测量，就是应用计算机技术，以软件代替硬件（传感器）的功能，来 实现对工艺参数的的在线测量。在现代工业生产过程中，往往会遇到这样的情 况，即采用传统的测量仪表难以直接检测某些变量。采用软测量技术（soft sensing techniques）或软测量仪表（soft sensor） ，就能解决这类变量的测量问题。 关键词：软测量 工艺参数 软测量技术 软测量仪表 Abstract：Soft measurement, is the application of computer technology，software instead of hardware ( sensor ) function，to achieve the process parameters of on line measurement. In the modern industry production process, often encountered such a situation, he traditional measuring instruments are difficult to directly detect some variables. By means of soft measuring technique ( soft sensing techniques ) or soft measuring instrument ( soft sensor ), will be able to solve this kind of variable measurement. Key words：Soft measurement Process parameters Soft measurement technology Soft measuring instrumen 正文：目前国内外当前所采取的两相流检测技术大体可归为三类：（1）采用传统的单相流仪表和两相流测试模型结合，其测量精度和使用条件 有限；（2）采用微波、核磁共振、过程层析成像等新型检测技术，其测量手段复杂 且成本很高；（3）采用软测量技术，既可以降低费用有可以保证一定的精度。 目前，软测量技术(Soft sensing Techniques)被认为是具有吸引力和卓有成效 的方法，它一般是根据某种最优准则，通过选择一些容易测量且与主导变量 (PrimaryVariable)密切联系的二次变量(或称辅助变量，Secondary Variable)来预 测主导变量，它所建立的软测量模型可以完成一些实际硬件检测仪器所不能完 成的测量任务。采用软测量技术构成的软仪表,以目前可有效获取的测量信息为基础,其核心 是具有智能性的计算机软件,可方便地根据被测对象特性的变化进行修正和改进,因 此软仪表在可实现性、通用性、灵活性和成本等各方面均具有无可比拟的优势, 其突出的优点和巨大的工业应用价值不言而喻。本文将从辅助变量的选择、过 程数据的预处理、模型的立、软仪表的校正等方面评述软测量技术在工业过程 中的应用。它的特点：响应迅速；能连续给出主导变量的信息；投资低；维护保养简单。 软测量的一些成功例子，如：粗汽油干点的软测量；轻柴油凝固点的软测量； 裂解炉炉管外壁最高温度的软测量；裂解炉列解深度的软测量；丙稀腈收率的 软测量；两相流相浓度的软测量。 1 软测量技术的发展软测量技术的理论根源是20世纪70年代Brosilow提出的推断控制。推断控 制的基本思想是：采集过程中比较容易测量的辅助变量（Secondary Variable），通过构造推断估计器来估计并克服扰动和测量噪声对过程主导变 量（Primary Variable）的影响。 ) (s G I ) (s G p ) ( ˆ s G ps ) (s A ) (s B ) (s G ps ) ( ˆ s E ) (s  ) (s R ) (s U ) (s D ) (s  ) (s Y s      ) ( ) ( ) ( ) ( s G s U s s Y ps s    图1 推断估计器 软测量术语在20世纪80年代中后期被提出 , 1992年国际过程控制专家T. J. Macvoy在著名学术刊物Automatia 上发表了一篇名为“ContemplativeStance for Chemical Process Control”的IFAC报告[8 ] ,明确指出了软测量技术将 是今后过程控制的主要发展方向之一,对软测量技术的研究起了重要的促进作用。 经过多年的发展,目前已提出了不少构造软仪表的方法,并对影响软仪表性能的因素以及软仪表的在线校正等方面进行了较为深入的研究。软测量技术在许多 实际工业装置上得到了成功的应用,并且其应用范围在不断拓展。这对于实现工 业过程的优化控制和节省对于如在线质量分析仪等仪器的高额投资有重要意义。 软测量技术已成为当今过程控制检测领域的一大研究热点和主要发展趋势之一． 软测量的目的就是设法由可测变量得到不可在线测量的主导变量的估计值， 即： Y’=f(d2,u,&,Y*) 式中F()为估计函数关系，即软测量模型，而离线采样值Y*常被用于软测量模型 的校正。 现阶段工业过程的软测量实现流程主要包括:辅助变量的选择、过程数据的预 处理、软测量的建模和软仪表的校正。软测量工业实现流程图如图2.辅助变量的选择 过程数据的预处理 建模 软仪表的校正图2 软测量工业实现流程图 2 辅助变量的选择 软测量技术的基本原理是根据某种最优准则,选择一组在工业上容易检测而 且与主导变量有密切关系的辅助变量,通过构造某种数学关系,用计算机软件实 现对主导变量的在线估计,又称其为软仪表技术。从上述定义可以看出,辅助变 量的选择对建立一个成熟有效的软测量模型至关重要。所谓辅助变量的选择就 是在一系列预先给定的自变量集合中找出其中的一个子集,使得这个子集能够对 因变量进行最好的描述,或者找出一个变量集的子集,使得这个子集能够包含较 少的变量,同时能够尽可能地保持原来的完整数据集的多元结构特征。通过辅助 变量的选择,不仅可以使软测量模型得到简化,使模型更加容易理解,而且从经济 上能大大降低信息收集的成本 。 首先明确软测量任务后，确定主导变量，在深入了解和熟悉软测量对象及 相关工业过程的工