高端控制装备在核心技术领域实现突破

——浙江大学高端控制装备及系统的设计开发平台研究与应用成果纪实

　　背景介绍：浙江大学孙优贤院士为核心的科研团队在近三十年服务大中型企业优化升级的基础上，解决了高端控制装备及系统的高安全性、高可靠性、高适应性和大规模化等四大难题，联合上海电气等高端装备制造和应用企业，研发出面向重大工程配套的高端控制装备及系统的设计开发平台。该成果荣获2013年度国家科技进步一等奖。

　　二十世纪五六十年代中国的重大装备制造业开始起步。随着改革开放的发展，国民经济全面复苏，工业快速发展，而装备制造业则是工业发展的心脏和国民经济的生命线，是支撑国家综合国力的重要基石。1998年中央经济工作会议明确提出“要大力发展装备制造业”。然而半个多世纪以来，与装备制造业相配套的高端控制装备几乎完全被国外垄断。

　　随着大型生产装备的复杂化，装备控制系统越来越重要，控制系统的强弱，不仅直接决定了企业的生产规模，也直接决定了产品的质量和生产安全。然而平台性核心技术的缺失，成为中国工业大而不强、受制于人的关键之“痛”，也对国家经济和产业安全带来威胁。

　　浙江大学以孙优贤院士为核心的科研团队，在近三十年服务大中型企业优化升级的基础上，瞄准高端控制装备及系统的高安全性、高可靠性、高适应性和大规模化等四大难题，成功研制出面向重大工程配套的高端控制装备及系统的设计开发平台，形成了自主知识产权的核心技术体系。运用这一平台，开发了面向冶金、能源、化工、煤化等领域各种重大工程需求的系列高端控制装备及系统，这对于国家安全、经济安全、以及装备制造业加快发展，具有战略意义。

　　高端控制装备及系统的软件平台技术：原创性提出工程对象多领域模型，实现工程对象控制策略的自动化编程，提高工程设计编程效率与可靠性；成功开发分布式工程实时数据库，满足工业数据高安全性、多实时性、多语义性、多时空性、多尺度性的信息集成要求；开发图形化编程、文本编程及多语言混合编程的控制编程语言与集成开发环境，支持大规模复杂系统的在线动态调试、远程协同编程、行业算法库封装重用等功能。

　　高端控制装备及系统的硬件平台技术：率先提出多重化硬件冗余表决机制与运算节奏同步算法，实现全系统多重化硬件冗余，保证控制系统的高可靠性与高可用性；以控制装备元件及系统的工作性能退化为切入点，系统地提出性能退化定量分析与监测技术，为控制装备健康状态的定量监测提供基础；创建具备高度自动化的复杂工程实验系统，为测试验证硬件系统的可靠性和性能指标提供了关键装备。

　　高端控制装备及系统的先控与优化平台技术：研发了系列先进控制和优化算法，创造性地提出带前馈的大型高炉TRT装置顶压约束预测控制算法和基于管网阻力系数等效的专家智能控制方法，研制成功自主技术的特大型高炉TRT装置优化控制系统；率先提出大型空分装置产品质量和节能最大效果下同时保证过程可操作性和可控性的控制优化一体化方法，建立多种非线性模型，提出多种有效的非线性模型预测控制、超高纯控制和节能优化方法。

　　浙江大学的高端控制装备研发成果成功应用于大型高炉、大型火电等重大工程2500余套，其中大型高炉TRT装置优化控制系统市场占有率90%以上，技术性能主要指标优于国外主流控制系统，达到同类技术的领先水平，产品已出口韩国等多个国家，具有国际市场竞争优势。形成授权发明专利65项，软件著作权30项，SCI、EI论文108篇，专著、编著4本；近三年经济效益72.9亿元。

本文作者：中国教育和科研计算机网 袁玉凝