软测量技术及其应用

软测量技术是一门新兴的工业技术,是对目前商用传感器不足的一个重要补充.综观国内外软测量技术的发展情况,本文从二次变量选择、数据处理、软测量模型建立、在线校正与工业应用5 个方面系统地介绍了软测量技术、应用及其发展前景.
在工业过程控制中, 存在一大类无法或难以用传感器直接检测的变量,如精馏塔的塔顶/ 塔底产品质量、纸浆的Kapp a 值、生物发酵罐中的生物量参数及高炉铁水的含硅量等. 这些变量对于提高产品质量和保证安全生产起着重要的作用, 是工业生过程中必须加以严格监控的变量. 但是,据不完全统计,目前国外商用传感器约2 000 多种,而国内只有200 多种. 因此,自控技术人员经常处于一种无法选取合适传感器,使控制系统缺少“眼睛”这样一种尴尬的局面. 为解决这类问题,可采用软测量技术.
早在70 年代,Brosillow 就提出了推断控制的基本思想和方法:采集过程中比较容易测量的二次变量(Seconda ry Va ria ble ) , 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( Prima ryVa ria ble) 的影响[ 1 ] . 推断控制策略包括估计器和控制器的设计. 在发展起来的软测量技术就体现了估计器的特点. 估计器的设计是根据某种最优准则,选择一组既与主导变量有密切联系, 又容易测量的二次变量,通过构造某种数学关系,实现对主导变量的在线估计[ 2 ] . 软测量技术除了能“测量”主导变量外,还可估计一些反映过程特性的工艺参数,如精馏塔的塔板效率、反应速度和催化剂的活性等. 软测量技术是一门有着广阔发展前景的新兴工业技术. 对其研究已经历了从线性到非线性、静态到动态、无校正功能到有校正功能的过程[ 3 ] . 随着软测量技术在理论研究和实践中的不断完善和发展, 正逐步取得令人满意的经济效益和社会效益.
在综观国内外软测量技术发展的基础上,本文将从二次变量的选择、数据处理、软测量模型建立、在线校正与工业应用5 个方面系统地介绍软测量技术.