许锋

　　

　　许锋，男，1976年11月生，汉族，山东东营人，中共党员。中国石油大学（北京）副教授、硕士生导师、北京自动化学会理事。

　　控制理论与过程控制、化工系统工程学者。

　　1998年6月毕业于中国石油大学（华东）自动化系，获工学学士学位，自动化专业。2001年6月毕业于中国石油大学（北京）机电工程学院，获工学硕士学位，控制理论与控制工程专业。2001年-2002年在北京长城航空测控技术研究所工作。2006年6月毕业于中国石油大学（北京）化工学院，获工学博士学位，化学工程与技术专业。2006年7月至今于中国石油大学（北京）自动化系工作，历任中国石油大学（北京）讲师、副教授。

　　

　　概述

　　许锋一直从事化工过程控制和化工系统工程等方面的教学和科研工作，讲授过“先进控制理论与技术”、“化工仪表及自动化”、“化工过程动态学”、“系统辨识”等课程。科研工作涉及控制理论及应用、生产过程的先进控制与优化、化工过程的流程模拟与分析、过程控制与工艺设计一体化研究等，长期从事炼油化工过程软测量与先进控制、流程模拟与实时优化等技术开发与工程应用工作。2008年与罗雄麟教授合作出版学术专著《过程控制与工艺设计一体化——催化裂化装置动态机理建模与控制分析设计》，获国家发明专利授权1项。

　　代表性论文

　　1. Xu, F., Luo, X., Wang, R. Design Margin and Control Performance Analysis of a Fluid Catalytic Cracking Unit Regenerator under Model Predictive Control. Ind. Eng. Chem. Res., 2014, 53(37), 14339-14350.

　　2. Xu, F., Jiang, H., Wang, R., Luo, X. Influence of Design Margin on Operation Optimization and Control Performance of Chemical Processes. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2014, 22(1): 51-58.

　　3. Xu, F., Wang, Y., Luo, X. Soft Sensor for Inputs and Parameters Using Nonlinear Singular State Observer in Chemical Processes. Chinese Journal of Chemical Engineering, 2013, 21(9): 1038-1047.

　　4. 许锋, 蒋慧蓉, 王锐, 罗雄麟. 化工过程总体裕量与控制性能的权衡优化. 化工学报, 2014, 65(4): 1303-1309. 

　　5. 许锋, 魏小丽, 任丽红, 罗雄麟. 基于多变量广义预测控制的不稳定系统控制结构选择方法. 自动化学报, 2013, 39(9): 1547-1551. 

　　6. 许锋, 蒋慧蓉, 王锐, 罗雄麟. 催化裂化装置裕量评价与瓶颈分析. 化工学报, 2013, 64(6): 2131-2144.

　　7. 许锋, 汪晔晔, 罗雄麟. 基于广义状态观测器的催化裂化装置软仪表. 化工学报, 2013, 64(5): 1683-1695. 

　　8. 许锋, 罗雄麟. 催化裂化装置催化剂循环量的在线观测. 石油学报(石油加工), 2012, 28(4): 617-624. 

　　9. 许锋, 罗雄麟. 先进控制条件下化工过程操作裕量与控制性能分析. 化工学报, 2012, 63(3): 881-886. 

　　10. 许锋, 关娟, 罗雄麟. 基于状态观测器的催化裂化装置不可测变量在线估计. 化工学报, 2011, 62(10): 2828-2838.

　　承担项目

　　1.国家自然科学基金项目(青年科学基金项目)“化工过程裕量分析与控制设计——以催化裂化装置为例”(项目批准号：21006127)。

　　2.中石油哈尔滨石化分公司“气分装置节能降耗目标在线分析与操作指导”，中石油科技开发项目。

　　研究方向

　　1.控制理论与应用。预测控制、软测量理论与技术、非线性微分代数系统观测器。

　　2.系统工程：化工过程动态建模与仿真、过程控制与工艺设计集成、控制与优化结构研究、过程在线优化。

　　主要研究成果

　　过程控制与工艺设计集成

　　1.化工过程一般希望设计在经济最优的稳态点操作，但该操作点一般位于约束边界处。因此，需在过程设计时留出足够的裕量，使操作点位于过程约束边界内，以保证在干扰和不确定因素出现时仍能满足过程约束。此外，在工艺条件变化或存在干扰时，实际过程表现为在控制系统的作用下的动态过程，设计裕量中应当考虑这种动态过程，否则操作和控制将不可实现。因此，进行工艺设计时将过程的动态分析和控制系统的设计结合起来，提出了基于过程动态模型同时确定设计裕量和控制系统的工艺与控制集成优化设计方法。发现过程动态特性对设计裕量有很大影响，在考虑过程工艺条件和设备条件变化留出的工艺裕量外，还需留出一定的控制裕量以满足操作和控制的要求。控制裕量与控制系统性能有关，系统对控制器性能的要求越高，所需要的控制裕量应越大。通过工艺与控制集成优化设计，使设计结果既能满足工艺要求，又能实现良好的自动控制。

　　2.针对化工过程设计缺乏对总体裕量评价、裕量设计忽视控制要求及控制设计忽视裕量限制的问题，从过程的动态可操作性、控制性能和经济效益等方面进行化工过程的裕量分析和控制设计。基于过程稳态最优设计的灵敏度分析，提出了操作优化所能获得的最大潜在经济效益与设计变量的局部裕量有关，给出了一种基于操作优化的经济效益对化工过程的总体裕量进行评价的方法；通过利用稳态优化的经济效益和动态优化的经济效益之差对装置的总体裕量进行划分，分清与可实现经济效益有关的工艺裕量和保证控制可实现性的控制裕量，从而减少裕量设计时的盲目性；在此基础上，通过分析各设计变量的局部裕量对装置总体裕量、可实现经济效益以及控制性能的影响，给出了确定存在瓶颈的设计变量的方法；为了保证在有限设计裕量条件下控制系统的可实现性，基于操作裕量分析给出了基于有限设计裕量的控制系统设计方法，包括操作裕量与控制性能的关系、常规控制系统的结构设计和参数设计。

　　

　　基于状态观测器的软仪表

　　化工过程一般为高维非线性广义系统，形式复杂，难以简化，且由于测点配置的不合理和存在不可测输入而往往不具备可观性。为满足此类系统的软测量要求，需要基于广义系统的可观性判据分析测点配置是否合理以及增加测点的方案；在满足可观性的前提下，设计基于广义系统的非线性状态观测器对不可测变量进行在线估计以实现软测量。以催化裂化装置为主要研究对象，分析催化裂化装置测点配置是否合理，设计出催化裂化装置合理配置测点的方案，进而设计基于广义系统的非线性状态观测器对催化剂循环量、产品分布等不可测变量进行观测，实现不可测变量的软测量。

　　本研究致力于解决一般非线性广义系统的可观性判据和状态观测器设计问题，将研究结果应用于化工过程的软测量设计以及测点配置中。化工过程一般为高维非线性广义系统，形式复杂，难以简化，且由于测点配置的不合理和存在不可测输入而往往不具备可观性。为满足此类系统的软测量要求，研究内容如下

　　1.根据广义系统的可观性判据提出分析测点配置是否合理以及增加测点的方案；

　　2.在满足可观性的前提下，设计基于广义系统的非线性状态观测器对不可测变量进行在线估计以实现软测量，采用自适应策略，根据工作点变化在线配置非线性状态观测器的反馈增益阵，利用大范围渐近收敛的自适应非线性观测器实现不可测变量的软测量；

　　3.除了广义系统的状态变量、代数变量以外，利用状态观测器对不可测输入变量以及不确定模型参数进行观测，扩展状态观测器的应用范围，增强状态观测器的适用性；

　　4.以催化裂化装置为主要研究对象，分析催化裂化装置测点配置是否合理，设计出催化裂化装置合理配置测点的方案，进而设计基于广义系统的非线性状态观测器对催化剂循环量、产品分布等不可测变量进行观测，实现不可测变量的软测量。