先进控制技术及应用
9．基于现代非线性信息处理技术的软测量建模
基于现代非线性信息处理技术的软测量是利用易测过程信息（辅助变量，它通常是一种随机信号），采用先进的信息处理技术，通过对所获信息的分析处理提取信号特征量，从而实现某一参数的在线检测或过程的状态识别。这种软测量技术的基本思想与基于相关分析的软测量技术一致，都是通过信号处理来解决软测量问题，所不同的是具体信息处理方法不同。该软测量建模方法的信息处理方法大多是各种先进的非线性信息处理技术，例如小波分析、混沌和分形技术等，因此能适用于常规的信号处理手段难以适应的复杂工业系统。相对而言，基于现代非线性信息处理技术的软测量建模方法的发展较晚，研究也还比较分散。该技术目前一般主要应用于系统的故障诊断、状态检测和过失误差侦破等，并常常和人工神经网络或模糊数学等人工智能技术相结合。
软测量建模方法虽然经过多年的发展有了很多成果，但仍有许多问题有待于进一步研究。
（二）工业应用实例
软测量技术工业应用成功实例不少。国外有Inferential Control、Setpoint、DMC、Profimatics、Simcon、Applied Automation等公司以商品化软件形式推出各自的软测量仪表，例如：测量10%、50%、90%和最终的ASTM沸点、闪点、倾点、黏点和雷得蒸汽压等，这些已广泛应用于常减压塔、FCCU主分馏塔、焦化主分馏塔、加氢裂化分馏塔、汽油稳定塔、脱乙烷塔等先进
国内引进催化裂化、常减压等装置的先进控制软件亦有软测量技术，但这些引进软件价格昂贵。国内有关高等院校、科研院所和企业等自行开发了不少软测量技术工业应用，甲醇生产过程中烃类转化反应器出口气中CH4含量软测量。在现场进行测试获得大量数据后通过回归方法得到了一个线性回归模型，并进行适当校正后投入运行，与分析值十分接近，并用软测量得到的CH4估计值成功应用于串级控制。
气分装置丙烯丙烷塔塔顶丙烯成分软测量。通过严格的汽液平衡模型简化和现场测试，得到非线性回归模型，并设计在线校正。该软测量估计器投入在线运行，精确度满足要求，并成功应用于丙烯成分闭环控制，取得了明显经济效益。
催化裂化装置分馏塔轻柴油凝固点软测量，基于现场数据分析并结合工艺机理分析，建立了多层前向网络柴油凝固点的软测量模型，设计简单在线校正。神经网络模型估计值与分析值最大误差为1.65℃，并用了闭环控制，平稳了生产，减少凝固点波动，合格品由94%提高到100%。
催化裂化装置主分馏塔粗汽油干点软测量。通过机理和现场采集数据分析，建立回归模型和神经网络模型，模型精确度均能满足生产。最后采用回归模型，并加在线控制，现场应用表明误差小于3℃，达98%，已投入闭环控制。
常减压装置常压塔柴油凝固点软测量。通过现场采集数据经处理后，建立了非线性回归模型和神经网络模型，为提高模型精确度和鲁棒性，组成非线性回归模型与神经网络模型结合的混合模型，并设计了一个串级控制系统。投入运行后获得较好控制效果，可以满足生产要求。
加氢裂化装置第一分馏塔航煤干点软测量。根据加氢裂化分馏塔的工艺机理和实测数据分析，合理确定辅助变量，进行数据采集和预处理。在此基础上开发了BP-RBF-PLS的航煤干点软测量混合模型。在工业装置上投入运行精度较高，已通过验收，认为该软测量可实现航煤干点在先连续测量，满足生产要求，为实现先进控制创造了条件。
延迟焦化装置分馏塔粗汽油干点软测量。经对现场采集的数据及工艺机理分析，确定了影响粗汽油干点的最主要因素，分别建立了PLS和RBFN模型，为提高模型精确度和泛化能力、将PLS模型和RBFN模型并联建立了粗汽油干点混合模型，交叉验证表明这一方法是有效的，所建模型精确度较高和良好的泛化能力。
PTA氧化反应质量指标软测量。经工艺机理分析，结合实际数据的相关分析，确定辅助变量，采用基于递推算法的PLS建立软测量模型，该箅法已在PTA氧化反应质量指标的先进控制中应用，取得了较好经济效益。
连续重整装置中重整产品辛烷值、待生催化剂结焦含量、重整产品C5+液收率的软测量，实现在保证质量合格前提下提高产品收率的优化操作指导；完成对重整再生器氧含量的软测量。两个系统先后投运后运行正常，取得了良好的经济效益。
另外，还有丙烯腈收率软测量；高压聚乙烯生产过程中的重要参数——熔融指数（MI）的软测量；合成醋酸乙烯的空时得率和催化剂选择性的软测量；乙烯装置裂解炉出口乙烯收率、丙烯收率、裂解深度的软测量；丁二烯装置的DA106塔塔底的水含量、塔顶的甲基乙炔（MA）和DA107塔塔底的丁二烯（BD-13）、塔顶的丁二烯（BD-13）和总炔（主要是乙基乙炔，用EA表示）的软测量。
（三）软测量技术研究的方向
软测量技术是工业计算机优化控制的有利工具，在理论研究和实际应用中已经取得了不少成果，其理论体系亦正在逐步形成。不论过于夸大软测量的作用或忽视软测量的重要性均是不正确的。软测量技术研究的方向是：
1．数据处理
数据处理是一个十分重要的问题，尤其是过失误差处理。在理论研究方面已经取得不少成果，但跟实际应用还存在相当距离，应进一步深入研究，缩小理论与实际的差距。近年来，出现了神经网络方法，很有吸引力。
2．软测量建模方法研究
将新兴的技术用于软测量建模。目前虽然出现了众多软测量建模方法，但仍不能满足实际需要。将一些新兴的技术用软测量建模，建立基于新兴技术的软测量模型仍是目前研究的热点。如：将微粒群优化技术、遗传算法、混沌与分形技术等新兴技术用于软测量建模，建立性能更好的软测量模型。
将不同的方法相互融合建立混合模型。由于实际系统的复杂多变，一种方法建立的模型难以满足要求。如果结合实际系统的机理分析和实际情况，将不同的方法相互融合，建立混合模型，这一建模方向是值得研究的方向。
3．在线校正的研究
在线校正是软测量应用中必不可少的部分，尽管已有不少离线校正的方法，但在线校正的方法十分有限。因此，开发更多实用方法，以适应复杂工业过程控制的需要亦应是当前研究重点。
三、结束语
今后，还要进一步开发鲁棒性强，适应性宽（操作条件、原料性质等），性能价格比优的商品化先进控制与优化控制软件，适应国内大中型企业需要。
当前先进控制与优化控制软件的二次开发量较大，从设计，测试，仿真研究，到实际工业装置投运周期较长，为此今后应开发一些二次开发量较少的先进控制与优化控制软件，以适应市场需要。
随着人工智能的迅速发展和控制理与其他学科的交叉渗透，先进控制技术将会得到更深入的发展，应用更加广泛，产生更大的经济效益和社会效益。
用户要建立一支能参与设计、测试、仿真研究、到实际工业装置投运技术队伍，一旦先进控制与优化控制软件厂商交付使用后，企业自已能运行、维护，保持长期运行。
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