過程控制系統(tǒng)及儀表(第3版)：14-12第8章_先進(jìn)控制系統(tǒng)介紹(參考版)
2025-05-14 15:15本頁面
【正文】 突出重點(diǎn)，注重實(shí)用是 《 過程控制系統(tǒng)及儀表 (第 3版 )》 的第三個(gè)特色。 過程控制系統(tǒng)和儀表涉及的領(lǐng)域十分廣闊，研究內(nèi)容也極其豐富。但是，對于工藝技術(shù)人員來說，主要關(guān)心的問題是控制系統(tǒng)和儀表的基本原理及其應(yīng)用特性。 ? 了解軟測量技術(shù) ， 時(shí)滯補(bǔ)償控制 ， 解耦控制 ，預(yù)測控制 ， 自適應(yīng)控制 ， 模糊控制的基本概念 。 y:對象的輸出。 U:經(jīng)過模糊控制規(guī)則和近似推理后得出的模糊控制量。 x1, x2:模糊控制的輸入 (精確量 )。 ()A x?()Aix?44 (1) 向量表示法 (2) 扎德表示法 當(dāng)論域 U由有限多個(gè)元素組成時(shí)，模糊集合可用向量表示法或法扎德表示法表示。 計(jì)算隸屬度的函數(shù)稱為 隸屬函數(shù) 。用 來表示。 元素屬于模糊集合的程度用隸屬度或模糊度來表示。但在現(xiàn)實(shí)生活中并不是所有的事物都能用清晰的概念來描述，如 : 風(fēng)的強(qiáng)弱 人的胖瘦 年齡大小 個(gè)子高低 ?43 在模糊數(shù)學(xué)中，我們稱沒有明確邊界（沒有清晰外延）的集合為模糊集合。 ?自組織模糊控制：某些規(guī)則和參數(shù)可修改，可對一類對象進(jìn)行控制。 2）自組織模糊控制 模糊控制發(fā)展的三個(gè)階段 1）基本模糊控制 3）智能模糊控制 ?基本模糊控制：針對特定對象設(shè)計(jì)，控制效果好。 ?1974年 英國工程師 （ ）馬丹尼將模糊集合理論應(yīng)用于鍋爐和蒸汽機(jī)的控制，獲得成功，模糊數(shù)學(xué)走向應(yīng)用，取名模糊控制。 3. 模糊控制的基本思想 ?與經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論相比，模糊控制的主要特點(diǎn)是不需要建立對象的數(shù)學(xué)模型。 模糊推理判決 計(jì)算出 控制量 手動控制 + 傳感器 測量的 當(dāng)前值 手動控制和模糊控制的比較 39 ?首先根據(jù)操作人員手動控制的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一套完整的控制規(guī)則，再根據(jù)系統(tǒng)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)過模糊推理、模糊判決等運(yùn)算，求出控制量，實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。 模糊控制 1. 手動控制 ? 操作人員根據(jù)對象的當(dāng)前狀態(tài)和以往的控制經(jīng)驗(yàn)，用手動控制的方法給出適當(dāng)?shù)目刂屏?，對被控對象進(jìn)行控制。 這類控制的典型特征是參考模型與被控系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，參考模型表示了控制系統(tǒng)的性能要求。 二是具有衡量系統(tǒng)控制優(yōu)劣的性能指標(biāo) ， 并能夠測量或計(jì)算它們 ， 以此來判斷系統(tǒng)是否偏離最優(yōu)狀態(tài) 。 ?一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)至少應(yīng)包含有以下三個(gè)部分： 一是具有一個(gè)檢測或估計(jì)環(huán)節(jié) ， 目的是監(jiān)視整個(gè)過程和環(huán)境 ， 并能對消除噪聲后的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分類 。 34 三是具有自動調(diào)整控制器的控制規(guī)律或參數(shù)的能力。對于這類生產(chǎn)過程，采用之前介紹的 PID常規(guī)控制方案往往不能獲得令人滿意的控制效果，甚至還可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失控。 33 自適應(yīng)控制 ?PID控制系統(tǒng)，均指控制器有固定參數(shù)的系統(tǒng)。 32 ?第三代預(yù)測控制軟件包 ?主要有：美國 DMC公司的 DMC, Setpoint公司的IDCOMM,SMCA, Honeywell 公司的 RMPCT, Aspen公司的 DMCPLUS，法國 Adersa公司的 PFC，加拿大 Treiber Controls公司的 OPC等，成功應(yīng)用于石油化工的催化裂化、常減壓、連續(xù)重整、延遲焦化、加氫裂化等重要裝置。 ? 第二代預(yù)測控制軟件包 ? QDMC算法可以被稱為它采用二次規(guī)劃方法（ QP）求解，可以系統(tǒng)地處理輸入、輸出約束問題。 ?這些優(yōu)點(diǎn)使預(yù)測控制更加符合工業(yè)過程的實(shí)際要求，這是 PID控制無法相比的。它是設(shè)定值經(jīng)過在線“柔化”后的產(chǎn)物。 30 (4)參考軌線 ?在預(yù)測控制中，為使過程避免出現(xiàn)輸入和輸出的急劇變化，往往要求過程輸出沿著一條所期望的、平緩的曲線達(dá)到設(shè)定值。即優(yōu)化過程不是一次離線完成的，而是反復(fù)在線進(jìn)行的，在每一采樣時(shí)刻，優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及從該時(shí)刻起到未來有限時(shí)間，而到下一個(gè)采樣時(shí)刻，這一優(yōu)化時(shí)段會同時(shí)向前推移。 29 (3)滾動優(yōu)化 ?預(yù)測控制是一種優(yōu)化控制算法，通過某一性能指標(biāo)的最優(yōu)化來確定未來的控制作用。 ?在預(yù)測控制中，通過輸出測量值與模型的預(yù)估值進(jìn)行比較，得出模型的預(yù)測誤差，再利用模型預(yù)測誤差來校正模型的預(yù)測值，從而得到較為準(zhǔn)確的將來輸出的預(yù)測值。 27 (2)反饋校正 圖 86 預(yù)測控制的基本結(jié)構(gòu) 28 (2)反饋校正 ?在預(yù)測控制中，采用預(yù)測模型進(jìn)行過程輸出值的預(yù)估只是一種理想方式。 ?在預(yù)測控制中有各種不同算法，可采用不同類型的預(yù)測模型。 圖 86 預(yù)測控制的基本結(jié)構(gòu) 26 (1)預(yù)測模型 ?預(yù)測控制需要描述系統(tǒng)動態(tài)行為的模型，稱為預(yù)測模型。從基本思想看，預(yù)測控制優(yōu)于 PID控制。 24 ? 預(yù)測控制的基本出發(fā)點(diǎn)與傳統(tǒng) PID控制不同。 ? 70年代以來，人們針對工業(yè)過程特點(diǎn)尋找各種對模型精度要求低，控制綜合質(zhì)量好，在線計(jì)算方便的優(yōu)化控制算法。 23 預(yù)測控制 ? 模型預(yù)測控制（ MPC）是在工業(yè)過程控制實(shí)踐中產(chǎn)生和發(fā)展起來的。
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