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软测量技术

/soft sensing technique/
条目作者冀海峰

冀海峰

最后更新 2024-03-29
浏览 105
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利用易测过程变量(又称辅助变量或二次变量,例如工业过程中容易获取的压力、温度等过程参数)与难以直接测量的待测过程变量(又称主导变量,例如炼油厂精馏塔中的各种产品组分浓度,化学反应器的反应物浓度和反应速率,生物发酵罐中的生物参数,化工、石油、冶金、能源等领域广泛存在的两相流和多相流参数等)之间的数学关系(软测量模型),通过各种数学计算和估计方法,利用计算机实现对待测过程变量的测量。又称软仪表技术(soft sensor technique)。

英文名称
soft sensing technique
又称
软仪表技术
所属学科
控制科学与工程

软测量技术的基本思想早就被潜移默化地应用了。工程技术人员很早就采用体积式流量计(例如孔板流量计)结合温度压力等补偿信号通过计算来实现气体质量流量的在线测量,而20世纪70年代就已提出的推断控制(inferential control)策略至今仍可被视为软测量技术在过程控制中应用的一个范例。然而软测量技术作为一个概括性的科学术语被提出是在80年代中后期,至此它迎来了一个发展的黄金时期,并且在世界范围内掀起了一股软测量技术的热潮。1992年国际过程控制专家T.J.麦卡沃伊[注]在著名学术刊物《自动化》(Automatica)上发表了一篇名为《关于化学过程控制深思熟虑的观点》(Contemplative stance for Chemical Process Control)的报告,明确指出了软测量技术将是过程控制的主要发展方向之一,对软测量技术研究起了重要促进作用。

软测量技术在许多实际工业装置上也得到了成功的应用,并且其应用范围也不断拓展,早期的软测量技术主要用于控制变量或扰动不可测的场合,其目的是实现工业过程的复杂(高级)控制,而现今该技术已渗透到需要实现难测参数的在线测量的各个领域。研究表明软测量技术已成为过程控制和过程检测领域的一大研究热点和主要发展趋势之一。

软测量技术是依据某种最优化准则,利用由辅助变量构成的可测信息通过软件计算实现对主导变量的测量,软仪表的核心是表征辅助变量和主导变量之间的数学关系的软测量模型,因此构造软仪表的本质就是如何建立软测量模型,即一个数学建模问题。相应地建立软测量模型的过程也就是软仪表的构造过程。经过多年的发展,已有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在线校正等方面也进行了较为深入的研究。

软测量技术一般依据软测量模型的建立方法进行分类,建模的方法多种多样,且各种方法既交叉又相互融合,因此很难有妥当而全面的分类方法,暂将软测量技术分为机理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学、过程层析成像、相关分析和现代非线性信息处理技术等。

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