摘    要：預(yù)測(cè)控制方法自1970s提出后在學(xué)術(shù)界和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域都取得了很大的進(jìn)展，尤其在工業(yè)過(guò)程控制方面成為一種重要的先進(jìn)控制方法。根據(jù)工業(yè)過(guò)程控制的特點(diǎn)和進(jìn)一步的需求，對(duì)近年來(lái)在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域預(yù)測(cè)控制方法取得的新進(jìn)展進(jìn)行綜述，包括過(guò)程控制系統(tǒng)模型辯識(shí)，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的預(yù)測(cè)控制和在網(wǎng)絡(luò)信息模式下的預(yù)測(cè)控制等。并對(duì)預(yù)測(cè)控制進(jìn)一步的發(fā)展需求進(jìn)行分析，介紹了歐盟正在進(jìn)行的第七框架對(duì)于大系統(tǒng)分布式預(yù)測(cè)控制的研究?jī)?nèi)容。關(guān)鍵詞：工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)；系統(tǒng)建模；預(yù)測(cè)控制；數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)；網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)

中國(guó)分類號(hào)：tp273    文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a

    預(yù)測(cè)控制的思想可以追溯到1963，率先將預(yù)測(cè)控制應(yīng)用到過(guò)程控制。在早期的文獻(xiàn)中，mpc通常使用階躍響虛和脈沖模型對(duì)過(guò)程進(jìn)行建模，這樣非常有助于使用者的理解，有利于在合適的軟件體系下進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化控制及辨識(shí)。其中，idcom，由richalet，etal(1976)提出利用了有限時(shí)域脈沖響應(yīng)（線性）模型，二次型性能指標(biāo)，以及過(guò)程的輸入輸出約束條件。該算法使用最小二乘方法進(jìn)行線性估計(jì)，在求解開(kāi)環(huán)****控制問(wèn)題的同時(shí)，也是求解一個(gè)估計(jì)問(wèn)題。動(dòng)態(tài)矩陣控制( dmc；cutler，ramaker，l980[3j)使用階躍響應(yīng)模型，在其他方面都與idcom是相似的，但在處理約束問(wèn)題上存在很多問(wèn)題。

    這些問(wèn)題在以qdmc為代表的第二代預(yù)測(cè)控制中被克服，qdmc采用二次規(guī)劃方法在系統(tǒng)是線性、目標(biāo)為二次型、約束為不等式條件韻前提下求解有約束的開(kāi)環(huán)優(yōu)化問(wèn)題。第三代預(yù)測(cè)控制技術(shù)于1990s出現(xiàn)，這種預(yù)測(cè)控制可以處理各種級(jí)別的約束條件（硬約束、軟約束、優(yōu)先級(jí)約束），提供了當(dāng)優(yōu)化問(wèn)題不可行時(shí)的解決方法，并且控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可以根據(jù)狀況發(fā)生改變，達(dá)種預(yù)測(cè)控制算法能夠適應(yīng)系統(tǒng)大范圍的動(dòng)態(tài)變化，滿足控制系統(tǒng)的性能要求。預(yù)測(cè)控制的持續(xù)發(fā)展，使得預(yù)測(cè)控制廣泛應(yīng)用在工業(yè)系統(tǒng)中，尤其是一些大型企業(yè)。

    預(yù)測(cè)控制發(fā)展至今提出的算法不下幾百種，其基本原理可以概括為預(yù)測(cè)模型、滾動(dòng)優(yōu)化和反饋校正，是一類基于過(guò)程模型通過(guò)求解有限時(shí)間性能優(yōu)化的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的控制算法，隨著工業(yè)系統(tǒng)大型化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，預(yù)測(cè)控制在工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)中的應(yīng)用也出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)和對(duì)算法研究的新需求，下面分為3個(gè)方面進(jìn)行分析。

    建立過(guò)程的數(shù)學(xué)模型有兩種基本方法機(jī)理分析法和系統(tǒng)辨識(shí)方法。機(jī)理分析法又被稱為理論建模，它通常需要通過(guò)分析過(guò)程的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)用一些已知的定律、定理和原理，如化學(xué)動(dòng)力學(xué)原理、物質(zhì)能量平衡方程、牛頓力學(xué)平衡原理等，分析過(guò)程內(nèi)部各變量的關(guān)系建立過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。顯然，由機(jī)理分析法得到的過(guò)程模型能****程度地復(fù)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)過(guò)程的運(yùn)行情況，因而具有很高的精確性。然而，對(duì)于諸如大多數(shù)化工生產(chǎn)過(guò)程等復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)而言，由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、內(nèi)部工作變量不可測(cè)量等原因，使得建立系統(tǒng)機(jī)理模型變得非常困難。而且，通過(guò)機(jī)理分析方法得到的動(dòng)力學(xué)模型通常具有復(fù)雜的非線性微分方程的形式，這種模型往往不能直接用于控制器設(shè)計(jì)及閉環(huán)控制系統(tǒng)性能分析。因此，在工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域，常采用系統(tǒng)辨識(shí)的方法來(lái)獲取系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。

    過(guò)程辨識(shí)是利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模的方法。作為自動(dòng)控制領(lǐng)域中的一個(gè)重要分支，過(guò)程辨識(shí)技術(shù)得到了飛速發(fā)展，相繼出版了大量的有關(guān)著作。在這些著作中提到的系統(tǒng)辨識(shí)方法（稱之為經(jīng)典的系統(tǒng)辨識(shí)方法）大致可以分為預(yù)測(cè)誤差類方法、子空間窮法和譜分析方法。這些方法從數(shù)理統(tǒng)計(jì)的角度出發(fā)，圍繞模型參數(shù)估計(jì)的無(wú)偏性和一致性問(wèn)題展開(kāi)研究，形成了一套完善的理論體系。近些年來(lái)，隨著各種基于模型的控制理論的發(fā)展，系統(tǒng)辨識(shí)的目的由單純地追求精確的模型參數(shù)估計(jì)向“辨識(shí)為控制服務(wù)”轉(zhuǎn)變，也就是說(shuō)，辨識(shí)的目的在于盡可能地減小模型的不確定性，以滿足控制系統(tǒng)的魯棒性要求。

    1)基于繼電反饋測(cè)試的參數(shù)辨識(shí)astrom早在1970s開(kāi)始從自適應(yīng)控制的角度研究過(guò)程系統(tǒng)在線的辨識(shí)方法，提出一種新穎的自整定pid控制策略，假設(shè)被控過(guò)程是一個(gè)慢時(shí)變且在某一個(gè)穩(wěn)定的工況下閉環(huán)系統(tǒng)工作在線性或者弱非線性區(qū)域內(nèi)。自整定控制系統(tǒng)分為閉環(huán)測(cè)試和閉環(huán)控制兩