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进控制系统将采用预测函数控制技术作为开发工具
基于对生产过程测试得到的过程动态数学模型，预测函数控制采用在
线滚动优化，且在优化过程中不断通过系统实际输出与模型预测输出之差
来进行反馈校正，它能在一定的程度上克服由于预测模型误差和不确定性
干扰等的影响，从而增强控制系统的鲁棒性。预测函数控制的基本原理如
图 3 所示：
基函数集
d
设定值 yp
预测函数控制 + +
参考 过 程
轨迹
- +
预测模型
yp Tr
图 3 预测函数控制基本原理图
3预测函数控制具有下列三个基本特征：
① 建立预测模型方便：用于描述过程动态行为的预测模型可以通过简
单的实验得到，无需系统辨识这类建模过程的复杂运算。此外，由于采用
了非最小化形式描述的离散卷积和模型，信息冗余量大，有利于提高系统
的鲁棒性；
② 采用滚动优化策略：预测函数控制与通常的离散最优控制算法不
同，不是采用一个不变的全局优化目标，而是采用滚动式的有限时域优化
策略。这意味着优化过程不是一次离线进行，而是在线反复进行优化计算、
滚动实施，从而使模型失配、时变、干扰等引起的不确定性能及时得到弥
补，提高系统的控制效果；
③ 采用误差反馈校正：由于实际系统中存在非线性、不确定性等因素
的影响，在预测控制算法中，基于不变模型的预测输出不可能与系统的实
际输出完全一致，而在滚动优化过程中，又要求模型输出与实际系统输出
保持一致，为此预测函数控制采用过程实际输出与模型输出之间的误差进
行反馈校正来弥补这一缺陷，这样的滚动优化可有效地克服系统中的不确
定性，提高系统的控制精度和鲁棒性。
中药关键工艺先进控制系统框图如图 4 所示：
系统目标及约束条件
预测函数控制
PID 设定值 DCS 系统
PID 控制器
测量机构 执行机构
中药提取、浓缩过程4
图 4 中药提取、浓缩过程先进控制系统为了使中药提取、浓缩过程温度快速控制工艺设定曲线，提出了中药
提取、浓缩过程的温度先进控制方案，即应用预测函数控制为监督层，常
规 PID 控制为控制层的透明控制结构的先进控制系统。由于控制层采用频
率较高的常规 PID 控制，可以抑制系统的二次干扰，而预测函数控制具有
较强的鲁棒性、抗干扰能力和快速跟踪能力等，可以保证中药提取过程温
度跟踪控制的快速性和平稳性，从而提高并保证中药提取过程的重现性。
(2）胶囊生产线的工艺改造与装备自动化
胶囊生产线是中药生产过程的典型生产线，通过对胶囊生产线的工艺
与装备的改造，实现胶囊生产线的装备自动化，在中药生产企业中具有广
泛的推广意义。本项目针对仙灵骨葆胶囊生产线，研制与改造中药生产过
程的关键设备集成，实现药材前处理和制剂的自动化生产，使中药生产装
备