徐祖华
1999/9-2004/6，浙江大学，控制科学与工程学系，博士
2006/9-2011/12，浙江大学，控制科学与工程学系，博士后，助理研究员
浙江大学，控制科学与工程学院，工业智能与系统工程研究所，书记、副所长，教授，博导
E-mail：zhxu@zju.edu.cn
模型预测控制：
模型预测控制（Model Predictive Control，简称MPC）由于其模型预测、滚动优化、反馈校正的鲜明特点，使其成为目前公认处理复杂过程多变量约束控制的有效算法，在石油、化工、冶金、造纸等连续过程领域中获得了大量成功应用。传统MPC算法存在以下缺点：1）优化命题求解时间长、占用资源多；2）采用集中控制方式，灵活性差；3）控制器智能化程度低，缺少自我进化能力。围绕上述问题，开展快速预测控制、分布式预测控制、学习预测控制的研究
模型预测控制（Model Predictive Control，简称MPC）由于其模型预测、滚动优化、反馈校正的鲜明特点，使其成为目前公认处理复杂过程多变量约束控制的有效算法，在石油、化工、冶金、造纸等连续过程领域中获得了大量成功应用。传统MPC算法存在以下缺点：1）优化命题求解时间长、占用资源多；2）采用集中控制方式，灵活性差；3）控制器智能化程度低，缺少自我进化能力。围绕上述问题，开展快速预测控制、分布式预测控制、学习预测控制的研究
基于机器学习的系统辨识：
系统辨识是根据系统的输入输出数据建立动态系统数学模型的理论和方法，是自动控制的一个重要分支学科。传统辨识方法通常采用参数化模型结构，假设数据服从平稳随机特性，采用最小二乘方法进行对象建模。对于实际工业数据，存在建模效果差的问题。利用机器学习优点，突破上述假设，开展基于机器学习的系统辨识方法
系统辨识是根据系统的输入输出数据建立动态系统数学模型的理论和方法，是自动控制的一个重要分支学科。传统辨识方法通常采用参数化模型结构，假设数据服从平稳随机特性，采用最小二乘方法进行对象建模。对于实际工业数据，存在建模效果差的问题。利用机器学习优点，突破上述假设，开展基于机器学习的系统辨识方法
间歇过程的建模与控制：
为了适应瞬息万变的市场需求，现代工业正逐渐倚重于生产小批量、多品种、高附加值产品的间歇过程，在塑料加工、精细化工、生物制药等众多领域广泛应用。与连续过程相比，间歇过程具有非稳态操作、非线性时变、多速率反馈等鲜明特点，导致国内的大多数间歇生产过程自动化水平普遍较低。与传统的反馈控制技术不同，迭代学习控制（Iterative Learning Control，简称ILC）充分利用被控系统动态行为的重复性，通过反复不断地评价系统的控制性能，并在此基础上不断修正控制输入信号，实现系统控制性能沿周期指标的不断改善，适合于具有重复运行特性的间歇过程。针对间歇过程的上述特点，开展面向间歇过程的非线性建模与迭代学习控制的研究
为了适应瞬息万变的市场需求，现代工业正逐渐倚重于生产小批量、多品种、高附加值产品的间歇过程，在塑料加工、精细化工、生物制药等众多领域广泛应用。与连续过程相比，间歇过程具有非稳态操作、非线性时变、多速率反馈等鲜明特点，导致国内的大多数间歇生产过程自动化水平普遍较低。与传统的反馈控制技术不同，迭代学习控制（Iterative Learning Control，简称ILC）充分利用被控系统动态行为的重复性，通过反复不断地评价系统的控制性能，并在此基础上不断修正控制输入信号，实现系统控制性能沿周期指标的不断改善，适合于具有重复运行特性的间歇过程。针对间歇过程的上述特点，开展面向间歇过程的非线性建模与迭代学习控制的研究
基于工厂大数据的控制系统健康评估与整定：
作为工业装置“神经系统”的控制系统，其性能的好坏直接决定了工业装置的性能，包括安全性、稳定性和经济性。受到工艺、设备以及仪表等内外因素的影响，控制系统的性能会随着运行时间的增加而退化。针对上述工业需求，采用工业云计算平台，及时掌握工厂控制系统的状态与性能，及时发现、识别工厂控制系统的缺陷，并优化控制系统参数，提升控制回路的性能
作为工业装置“神经系统”的控制系统，其性能的好坏直接决定了工业装置的性能，包括安全性、稳定性和经济性。受到工艺、设备以及仪表等内外因素的影响，控制系统的性能会随着运行时间的增加而退化。针对上述工业需求，采用工业云计算平台，及时掌握工厂控制系统的状态与性能，及时发现、识别工厂控制系统的缺陷，并优化控制系统参数，提升控制回路的性能
气体需求预测与供气网络调控：
随着工业互联网的发展，产品需求从简单静态的需求逐步变成复杂动态的需求，准确的需求预测可减少决策失误的程度。 近年来发展的人工智能及机器学习技术促使需求预测精度得以提升。利用钢厂供气网络数据，采用机器学习方法，建立气体需求的长短期预测模型，实现气体需求的准确预测；采用预测控制、随机优化等方法，进行供气网络调控系统的设计，优化供气网络运行，以减少无功生产、降低放散率
随着工业互联网的发展，产品需求从简单静态的需求逐步变成复杂动态的需求，准确的需求预测可减少决策失误的程度。 近年来发展的人工智能及机器学习技术促使需求预测精度得以提升。利用钢厂供气网络数据，采用机器学习方法，建立气体需求的长短期预测模型，实现气体需求的准确预测；采用预测控制、随机优化等方法，进行供气网络调控系统的设计，优化供气网络运行，以减少无功生产、降低放散率
基于知识图谱的工业设备故障诊断：
利用知识图谱技术对工业设备或生产流程中的异常状态进行智能化识别、分析和诊断的方法。它将工业领域的专业知识、故障模式、设备关联关系等结构化信息融入知识图谱中，通过数据驱动和逻辑推理实现更高效的故障管理
利用知识图谱技术对工业设备或生产流程中的异常状态进行智能化识别、分析和诊断的方法。它将工业领域的专业知识、故障模式、设备关联关系等结构化信息融入知识图谱中，通过数据驱动和逻辑推理实现更高效的故障管理
智能无人车控制：
随着谷歌百度等国内外互联网企业纷纷参与无人汽车研究，无人驾驶这门未来科技正逐渐向我们走来。利用实验室的无人小车平台，针对自主赛车、自主泊车等任务场景，采用预测控制、学习控制等先进控制算法，实现无人车的智能轨迹优化与轨迹跟踪控制
随着谷歌百度等国内外互联网企业纷纷参与无人汽车研究，无人驾驶这门未来科技正逐渐向我们走来。利用实验室的无人小车平台，针对自主赛车、自主泊车等任务场景，采用预测控制、学习控制等先进控制算法，实现无人车的智能轨迹优化与轨迹跟踪控制
应用领域：
● 钢铁企业空分供气网络智能调度系统
● 半导体硅片拉晶炉智能控制系统
● 核电厂控制系统性能评估与参数整定
● 石化企业能效监测评估及优化控制
● 空分装置自动变负荷控制系统
● 火电机组主蒸汽温度控制系统
● 火电机组燃烧优化控制系统
● 高温气冷堆核电站协调控制系统
● 聚烯烃产品分子量分布控制
● 注塑过程先进控制系统
● 烟叶复烤机先进控制系统
● PTA装置先进控制系统
● 钢铁企业空分供气网络智能调度系统
● 半导体硅片拉晶炉智能控制系统
● 核电厂控制系统性能评估与参数整定
● 石化企业能效监测评估及优化控制
● 空分装置自动变负荷控制系统
● 火电机组主蒸汽温度控制系统
● 火电机组燃烧优化控制系统
● 高温气冷堆核电站协调控制系统
● 聚烯烃产品分子量分布控制
● 注塑过程先进控制系统
● 烟叶复烤机先进控制系统
● PTA装置先进控制系统
中国自动化学会，过程控制专业委员会，委员
中国自动化学会，预测控制与智能决策专业委员会，委员
《化工自动化及仪表》，编委
2004/7-2006/8，石化盈科信息技术有限责任公司，高级项目经理
国家科技重大专项项目，"高值聚烯烃结构与性能在线调控软件研制及验证"的课题：微观与宏观质量的多层级实时控制技术，课题负责人，起止2026/3-2029/02
杭氧集团股份有限公司 "空分装置控制回路健康智能管理系统"，课题负责人，起止2024/7-2025/06
杭氧集团股份有限公司 ”浙大-杭氧智能空分联合研发中心“，联合研发中心主任，起止2023/7-2026/7
南京科远“水泥生产线FRONT-Suite多变量先进控制系统”，技术负责人，起止2022/7-2022/12
石化盈科信息技术有限责任公司“先进控制性能监控与管理系统开发与应用”，技术负责人，起止2021/12-2022/12
上海新昇科技有限公司开发项目“拉晶炉等径先进控制系统”，课题负责人，起止2021/8-2023/8
杭氧集团股份有限公司“山东钢铁集团2*3万制氧机组自动变负荷先进控制系统”，课题负责人，起止2021/5-2022/12
浙江省重点研发计划课题“大型空分装置智能自主运行技术研发及产业化“，课题负责人，起止2020/1-2022/12
秦山核电有限公司开发项目”方家山系统工艺回路健康监督系统研发“，技术负责人，起止2021/1-2022/3
大型先进压水堆核电站国家重大科技专项外协课题“被控对象特性辨识及预测控制软件模块开发”，课题负责人，起止2020/1-2020/12
杭州杭氧股份有限公司技术开发项目“神华宁煤100000*6-KOT10空分项目自动变负荷先进控制系统”，课题负责人，起止2018/9-2020/9
国家重点研发计划子课题“基于变时间窗的多能流暂态建模及状态估计”，子课题负责人，起止2018/5-2023/4
国家自然科学基金面上项目“基于两层协调结构的空分供气网络调控方法”(编号：6177340)，课题负责人
国家重点研发计划课题“空分系统变工况智能优化控制技术”(编号：2017YFB0603703)，课题骨干人员，起止2017/7-2020/12
杭州杭氧股份有限公司技术开发项目“酒钢改造空分项目自动变负荷先进控制系统”，课题负责人，起止2016/12-2017/12
大型先进压水堆核电站国家重大科技专项外协课题“基于传递函数辨识技术的核电厂给水控制系统建模与参数整定”，课题负责人，起止2015/4-2015/10
企业技术开发项目“间苯二胺精馏塔T35111优化控制系统”，课题负责人，起止2015/1-2015/12
国家863计划重点课题“面向石化工业能效监测评估及优化控制技术与系统”(编号：2014AA041802)，课题骨干人员，起止2014/1-2016/12
国家自然科学基金面上项目“面向间歇过程的迭代学习预测控制理论和算法研究”(编号：61273145)，课题负责人，起止2013/1-2016/12
企业技术开发项目"湘西鹤盛公司烟叶复烤机先进控制系统 "，课题负责人，起止2013/1-2013/12
国家973课题“多单元过程组合效应分析与流程优化重构”(编号：2012CB720503) ，课题骨干人员，起止2012/1-2017/8
教育部重点实验室开放课题基金“基于多参数规划和并行计算的快速预测控制”(编号：2012ACOCP01) ，课题负责人，起止2012/1-2013/12
济源杭氧国泰气体有限公司科技项目“济源25000空分设备自动变负荷系统”，课题技术负责人，起止2012/1-2013/12
南钢气体供应公司科技项目“南钢1#3万外压缩空分装置自动变负荷系统”，课题技术负责人，起止2011/1-2012/12
浙江省科技项目”工业过程及生产装备的先进控制创新团队”（编号：2009R50007）的自主课题”火电机组主蒸汽温度的多变量优化控制”，课题负责人，起止2010/1-2012/12
浙能温州电厂科技项目"先进控制技术在300MW机组主蒸汽温度控制优化中的应用研究"，课题技术负责人，起止2010/1-2010/12
国家自然科学基金重点项目“约束模型预测控制的理论和高效算法” (编号：60934007)，国家自然科学基金委，课题骨干人员，起止2010/1-2013/12
国家自然科学基金青年项目“空分变负荷过程的时间最优模型预测控制策略研究”(编号：60804023)，课题负责人，起止2009/1-2011/12
国家863计划重点课题“大型石化裂解炉智能控制系统”（编号：2007AA041402）的子课题“裂解炉低成本先进控制技术仿真研究”，子课题负责人，起止2007/10-2010/6
国家工业过程自动化高技术产业化重大专项项目“大型空分装备自动化成套系统高技术产业化重大专项”（编号：2004-2080）的子课题“大型空分装备多变量先进控制系统”，子课题负责人，起止2005/3-2008/3
中石化科技项目“氧化反应过程的多变量先进控制系”，课题负责人，起止2006/3-2007/3
通过八五、九五、十五、十一五国家科技攻关，以模型预测控制算法为内核，自主研发了工业级的多变量先进控制技术，形成了具有国际先进水平的预测控制软件包FRONT-Suite，并成功应用于PTA、空分、火电等大型工业装置
依托国家发改委产业化重大专项“大型空分装备自动化成套系统高技术产业化”，与国内最大的空分设备制造商杭州杭氧集团公司合作，针对大型空分装备大范围、快速负荷变化的现实需求，开发形成了全自动变负荷成套优化控制系统，填补了国内在高端自动变负荷优化控制方面的空白，打破了空分装备自动变负荷技术的国际垄断，在技术上处于国际先进水平，获2016年中国机械工业科学技术二等奖
依托国家发改委工业自动化高技术产业化项目“特大型PTA装置综合自动化高技术产业化重大专项”，围绕PTA装置的工艺参数优化、运行优化控制进行方法研究与应用开发。研究成果在扬子石化得到成功应用，通过提高产量、质量，减少物耗能耗，获得了巨大经济效益和社会效益，并形成了一系列有关PTA生产过程建模、控制与优化的专有技术。获2005年度国家科技进步二等奖
钱积新，赵均，徐祖华. 《预测控制》. 化学工业出版社，2007/9
多变量先进控制软件包 FRONT-Suite
FRONT-Suite是针对流程工业中大型生产装置而研究开发的一种商品化先进控制软件包。在大型石油化工生产过程中，由于工艺机理复杂、变量间耦合严重，常规控制系统难以维持平稳运行，更不能实现卡边操作，造成产品收率下降，装置处理能力不能提升，原材料和能源的消耗增加，导致产品市场竞争能力降低。FRONT-Suite开发的多变量控制器，比常规控制器有本质性的提高，不仅快速平稳，提高生产过程的处理能力，增加有用产品的产率，实现节能降耗。 FRONT-Suite软件包包括以下产品组件：
● 多变量预测控制FRONT-APC: 多变量MIMO过程控制，解决多变量过程耦合问题；支持基于控制指标和经济指标的多目标优化；在整个动态响应区间内满足被控变量和操作变量的约束；
● 多变量闭环辨识FRONT-ID: 使用先进的参数化模型，解决阶次估计、模型评价、闭环数据等难点，能处理强相关MV数据；从实验到模型辨识全自动化，易学易用;
● PID参数整定FRONT-PID : 支持简单、前馈、串级等控制结构；支持各种工业DCS算法，如霍尼、横河、中控等；
● 控制回路健康评估FRONT-Monitor：从投运率、偏差率、饱和率、调节指数、振荡指数等多维度指标角度进行量化评估，给出优、良 、中、差等级评价；
● 工业智能软测量FRONT-Sensor：利用温度、压力、流量、液位等常规测量参数，通过PLS、ANN、SVM、JITL等机器学习方法，建立难以直接测量的工艺参数（例如干点、凝点、熔融指数）的数学模型。
FRONT-Suite应用实例：
1) 温州电厂300MW火电机组主蒸汽温度先进控制
2) 钱清电厂125MW火电机组主蒸汽温度先进控制
3) 南钢3万外压缩空分装置变负荷先进控制
4) 南钢2万内压缩空分装置变负荷先进控制
5) 扬子石化PTA装置氧化过程先进控制
6) 扬子石化PTA装置精制过程先进控制
7) 扬子石化乙醛精馏装置先进控制
8) 扬子石化常减压装置先进控制
9) 抚顺石化乙苯装置制先进控制