自動(dòng)化專業(yè)外語第三版部分翻譯

.第1章工業(yè)過程控制原理問題1.多少熱量必須被供應(yīng)到攪拌槽加熱器加熱的液體從入口溫度T,的出口溫度TR？要確定所需的熱量輸入,為設(shè)計(jì)工況條件下,我們需要寫一個(gè)穩(wěn)態(tài)能量平衡的液體在槽中.在寫這種平衡,它假定槽被完全混合,聽到的損失是可以忽略不計(jì).在這些條件下有內(nèi)的排名的內(nèi)容是沒有溫度梯度,因此,出口溫度與槽中的液體的溫度相等.一個(gè)穩(wěn)態(tài)能量平衡槽明確添加的熱等于焓變化之間在入口和出口流：Q=WC〔T-Ti〕的〔1.1.1〕其中,Ti的Tw和Q表示體的Tw和Q的額定穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)值.和C是比熱的液體.我們假設(shè),C為常數(shù).在設(shè)計(jì)條件下,T=TR〔設(shè)定點(diǎn)〕.這種替代式.〔1.1.1〕給出的表達(dá)式或標(biāo)稱輸入熱量Q=WC〔TR-T〕〔1.1.2〕等式〔1.1.2〕是對(duì)聽者的設(shè)計(jì)等式.如果我們的假設(shè)是正確的,如果在入口流率和入口溫度等于其標(biāo)準(zhǔn)值,然后由方程給出的熱輸入.〔2〕的出口溫度保持在所需的值,TR.但是,如果條件發(fā)生變化嗎？這給我們帶來了第二個(gè)問題：問題2.假設(shè)入口溫度Ti隨時(shí)間的變化.我們?cè)鯓硬拍鼙ＷCT保持在設(shè)定點(diǎn)附近TR嗎？作為一個(gè)具體的例子.承當(dāng)?shù)腡i提高到一個(gè)新的值大于Ti平均值,如果Q是保持不變的人的名義Q值,我們知道,出口溫度將增加,使T>TR.〔cf.Eq.〔1.1.1〕〕.為了對(duì)付這種情況,也有一些可能的策略用于控制退出溫度T.T和調(diào)Q.的一種方式控制T,盡管這件T干擾.調(diào)Q根據(jù)T.直觀地測(cè)量,如果T是太高,我們應(yīng)該減少Q(mào);

T是太低了,我們應(yīng)加大控制策略往往會(huì)問：這移動(dòng)?朝向的設(shè)定點(diǎn)〔TR〕和可以在許多不同的方式實(shí)施.例如,工廠操作員可以觀察測(cè)得的溫度,并比擬測(cè)量值到TR.然后,操作員會(huì)以適當(dāng)?shù)姆绞阶兓痲.這將是一個(gè)手動(dòng)控制的應(yīng)用.但是,它可能會(huì)更方便,更經(jīng)濟(jì),有這個(gè)簡單的控制任務(wù)的電子設(shè)備,而不是一個(gè)人,那就是,利用自動(dòng)控制自動(dòng)執(zhí)行.方法2.測(cè)量Ti平均值,調(diào)整Q：相比于方法l的替代,我們可以測(cè)量變量T和相應(yīng)的調(diào)整Q.因此,如果Ti大于Ti平均值,我們將減少Q(mào);為Ti平均值<Ti,我們將設(shè)置Q>Q的平均值.1.2.2效果反響穩(wěn)定性1.穩(wěn)定性是描述系統(tǒng)是否能夠跟蹤輸入命令或是否有用的概念2.非嚴(yán)格地,如果一個(gè)系統(tǒng)的輸出失去了控制,我們就說它是不穩(wěn)定的3.為了研究反響對(duì)穩(wěn)定性的影響,我們可以再次觀察等式〔1〕.如果GH=-1〔稱為負(fù)一〕,對(duì)于任何輸入,系統(tǒng)的輸出都是無窮大,這樣的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的4.因此,我們說反響可以使原來穩(wěn)定的系統(tǒng)變得不穩(wěn)定5.當(dāng)然,反響是一柄雙刃劍,當(dāng)使用不當(dāng)時(shí),將會(huì)產(chǎn)生壞的作用6.然而需要指出的是,我們?cè)谶@里只針對(duì)靜態(tài)情況,而通常GH=-1不是系統(tǒng)不穩(wěn)定的唯一條件.可以證明,參加反響的好處之一是能夠使不穩(wěn)定的系統(tǒng)穩(wěn)定.我們假設(shè)圖所示的反響系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,因?yàn)镚H=-1.如果我們引入另一反響環(huán),其負(fù)反響增益是F,如以下圖,系統(tǒng)總的輸入/輸出關(guān)系是很明顯,盡管G和H使內(nèi)環(huán)反響系統(tǒng)不穩(wěn)定,因?yàn)镚H=-1,而如果正確選擇外環(huán)的反響增益F,系統(tǒng)總體上能夠是穩(wěn)定的.在實(shí)踐中,GH是頻率的函數(shù),并且閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件依賴于GH的幅值和相位.結(jié)論是反響能夠改良系統(tǒng)的穩(wěn)定性,但如果使用不當(dāng),也有可能破壞穩(wěn)定性.1.2.3.反響對(duì)靈敏度的影響1.控制系統(tǒng)中對(duì)靈敏度的考慮是非常重要的.由于所有的物理元素都有隨環(huán)境和時(shí)間變化的特性,在系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行過程中,我們不可能把控制系統(tǒng)的參數(shù)當(dāng)作完全靜態(tài)的.2.例如,馬達(dá)的線圈電阻會(huì)隨著馬達(dá)溫度的升高而變化.第1章中的電子打字機(jī)在第一次開機(jī)時(shí)有時(shí)會(huì)運(yùn)行不正常,因?yàn)橄到y(tǒng)參數(shù)在預(yù)熱期間發(fā)生變化.3.這種現(xiàn)象有時(shí)被稱為"早困〞.大多數(shù)復(fù)印機(jī)都有預(yù)熱時(shí)間,在初次打開后運(yùn)行會(huì)閉鎖.1.總的來說,一個(gè)好的控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)對(duì)參數(shù)的變化很不靈敏,而對(duì)輸入命令的響應(yīng)很靈敏.我們來研究對(duì)參數(shù)變化的靈敏度,反響將會(huì)產(chǎn)生何種影響.在圖1.2.1中,我們考慮G是變化的增益參數(shù).對(duì)于G的變化,系統(tǒng)的總的增益靈敏度M定義為M表示由G的微小變化量偏G造成的M的微小變化量.應(yīng)用〔1〕式,靈敏度函數(shù)可以寫成GH是正的常數(shù),在系統(tǒng)保持穩(wěn)定的前提下,靈敏度函數(shù)的幅值可以通過增大GH變得任意小.很明顯,在開環(huán)系統(tǒng)中,系統(tǒng)的增益對(duì)G來說是一比一的形式〔即SMG=1〕.2.我們?cè)俅翁嵝?在實(shí)踐中,GH是頻率的函數(shù),在某些頻率X圍內(nèi),1+GH的幅值有可能小于1,這使得在某些情況下,反響對(duì)參數(shù)靈敏度是有害的.3.通常,反響系統(tǒng)增益對(duì)參數(shù)的靈敏度取決于參數(shù)的位置.讀者可以得到圖中由于H的變化而造成的靈敏度.1.但是,最初的設(shè)計(jì)極少能夠滿足所有目標(biāo),通常情況下需要對(duì)方法的某些方面做一些修改.例如,"工作X圍〞1.2.做出正確的調(diào)整之后,在設(shè)計(jì)過程中相應(yīng)的步驟還需要重復(fù)很屢次,直到達(dá)到理想的目標(biāo).1.2.你只能報(bào)告說,盡你最大的知識(shí)和能力,要滿足性能需求,就必須要在硬件或方法學(xué)上1.2.然而,1.例如,2.〔這類問題的具體實(shí)例包括人工駕駛飛機(jī),巡航導(dǎo)彈和遙控飛行器等.毫無疑問,每一.1.原如此上,飛行控制問題可以被表述成一個(gè)通用的優(yōu)化問題：在數(shù)學(xué)約束X圍內(nèi),最小化包括強(qiáng)調(diào)反響控制是一項(xiàng)重要的技術(shù)過程工業(yè).它的主要優(yōu)點(diǎn)是1.一旦控制變量偏離了設(shè)置點(diǎn),無論源和類型的擾動(dòng),就會(huì)發(fā)生糾正操作.2.它需要對(duì)控制過程的最小了解,特別是a雖然它對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很有用,但是不需要對(duì)流程進(jìn)展建模.3.無所不在的PID控制器既通用又健壯.如果工藝條件改變,重新調(diào)整控制器通常會(huì)產(chǎn)生令人滿意的控制.反響控制也有一些固有的缺點(diǎn)1.在控制變量發(fā)生偏差后才采取糾正措施.因此,完全控制,控制變量不會(huì)偏離設(shè)定值在負(fù)載或設(shè)置點(diǎn)更改時(shí),理論上是不可能的.2.它不提供預(yù)測(cè)控制行動(dòng)來補(bǔ)償或可測(cè)量干擾的影響.3.對(duì)于具有大量時(shí)間常量和/或長時(shí)間延遲的進(jìn)程可能不令人滿意.如果發(fā)生大且頻繁的擾動(dòng),該過程可能會(huì)持續(xù)處于短暫狀態(tài),且永遠(yuǎn)無法達(dá)到所需的穩(wěn)態(tài).4.在某些應(yīng)用中,控制變量無法在線測(cè)量反響控制是不可行的.情況下,反響控制本身并不令人滿意,顯著改良控制可以通過增加前饋控制.但使用前饋控制,干擾必須在線測(cè)量<或估計(jì)>.在這個(gè)單位.我們考慮了前饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析.我們首先概述前饋控制和比例控制,這是一種特殊的前饋控制.接下來介紹了.如果一個(gè)過程在一系列的條件下操作,可以通過使用一組不同的控制器設(shè)置來控制每一個(gè)操作條件.或者,可以在控制器設(shè)置和描述流程條件的流程變量之間建立關(guān)系.這些策略是編程適應(yīng)的例子.編程適應(yīng)僅限于應(yīng)用程序,過程動(dòng)力學(xué)依賴于的、可測(cè)量的變量和必要的控制器調(diào)整并不是太復(fù)雜,通常是適應(yīng)在結(jié)構(gòu)上是否足夠簡單,可以用一些模擬和所有數(shù)字實(shí)現(xiàn)控制器.最受歡迎的編程方式是增益調(diào)度,控制器增益調(diào)整,從而使開環(huán)增益K保持不變.作為一個(gè)控制問題的例子,規(guī)劃的適應(yīng)已經(jīng)被提出,考慮一個(gè)直流鍋爐.這里的給水經(jīng)過一系列加熱管局部在產(chǎn)生過熱蒸汽之前,必須準(zhǔn)確控制溫度.給水流量對(duì)鍋爐的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能有顯著的影響.例如,圖3所示.3.1顯示了典型的開環(huán)反響流量階躍變化,最大流量的50%和100%.假設(shè)一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的一階加時(shí)延模型被選擇來近似這個(gè)過程.穩(wěn)態(tài)增益,延時(shí),和占主導(dǎo)的時(shí)間常數(shù)是50%流量的兩倍,相當(dāng)于100%流量的相應(yīng)值.這個(gè)控制問題的解決方案是使PID控制器的設(shè)置隨w的不同而變化,即整個(gè)流量的比例<0w1>,以如下方式其中KD是100%流量的控制器設(shè)置.請(qǐng)注意,對(duì)編程適應(yīng)的建議在質(zhì)量上與Cohen和Coon規(guī)如此的協(xié)調(diào)一致,并假設(shè)流變化的影響與整個(gè)操作的流速率成比例關(guān)系.在這個(gè)示例中,可以根據(jù)兩個(gè)不同的條件對(duì)流程行為進(jìn)展分類.在其他問題中,動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)是不可用的,但我們對(duì)過程非線性有一定的了解.對(duì)于含有強(qiáng)酸和/或強(qiáng)堿的酸堿問題,pH值曲線可能非常非線性,在多個(gè)數(shù)量級(jí)上都有變化.因此,針對(duì)pH控制問題開展了特殊的非線性控制器,無論是適應(yīng)性的還是非適應(yīng)性的.在這種情況下,過程會(huì)隨著操作條件的變化而變化,因此需要使用增益調(diào)度<KcKp=常量>來維護(hù)一致的穩(wěn)定利潤.對(duì)于某些類型的自適應(yīng)控制問題,穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征的變化可以與控制變量的值有關(guān).例如,在溫度控制回路中,過程增益隨溫度的變化而變化,控制器增益可以被控制變量的函數(shù),溫度.反響控制器現(xiàn)在是商業(yè)性的,它允許用戶將Kc作為錯(cuò)誤信號(hào)e的分段線性函數(shù),如圖3所示.3.2.如果進(jìn)程獲得Kp以的方式變化,那么我們應(yīng)該改變Kc,以便產(chǎn)品KcKp是常量.這種策略將使開環(huán)增益保持不變,從而保持一定的穩(wěn)定性<假設(shè)過程動(dòng)態(tài)不變>直流電機(jī)是當(dāng)今工業(yè)中使用最廣泛的主要?jiǎng)恿χ?多年前,大多數(shù)用于控制目的的小型伺服馬達(dá)都是ac品種.實(shí)際上,交流電動(dòng)機(jī)更難控制,尤其是對(duì)位置控制和它們的控制特征是非線性的,這使得分析任務(wù)更加困難.直流電機(jī),另一方面,更昂貴,因?yàn)樗Q向片,變磁力線只適合某些類型的直流電機(jī)控制的應(yīng)用程序.在永磁<PM>遠(yuǎn)非理想.今天,隨著稀土磁鐵的開展,可以實(shí)現(xiàn)非常高的轉(zhuǎn)矩,單位體積,或質(zhì)量直流電機(jī)以合理的本錢.此外,電刷整流器技術(shù)的進(jìn)步使得這些耐磨部件幾乎不需維護(hù)的.電力電子的進(jìn)步使無刷直流電機(jī)在高性能控制系統(tǒng)中非常流行.先進(jìn)的制造技術(shù)也產(chǎn)生了無鐵轉(zhuǎn)子具有非常低慣性的直流電機(jī),從而實(shí)現(xiàn)了非常高的扭矩-慣性比,以與低時(shí)不變的性能在計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備,如磁帶驅(qū)動(dòng)器,打印機(jī),磁盤驅(qū)動(dòng)器,文字處理器,以與自動(dòng)化和機(jī)床工業(yè)中,為直流電機(jī)打開新的應(yīng)用程序5.2.1直流電機(jī)的根本操作原理直流電機(jī)根本上是一個(gè)扭矩傳感器,將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能量.電機(jī)軸上的力矩與場(chǎng)通量和電樞電流成正比.如圖5所示.2.1載流導(dǎo)體是在a中建立的磁通量Q的磁場(chǎng),導(dǎo)線位于旋轉(zhuǎn)中心的距離r.開發(fā)了轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系,流量Q,和當(dāng)前IaTm=KmQia<5.2.1>Tm是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩<n-m、磅英尺或扭力>,問的磁通量<韋伯夫婦>,ia的電樞電流<安培>,和公里是一個(gè)比例常數(shù).除了圖5所示的排列所產(chǎn)生的力矩之外.2.1,當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中移動(dòng),在其端子上產(chǎn)生電壓.這個(gè)電壓,emf,軸速度成正比,傾向于反對(duì)電流.20世紀(jì)60年代早期,工業(yè)機(jī)器人成為了現(xiàn)實(shí),約瑟夫·恩格爾伯格和喬治Devol聯(lián)合成立了一個(gè)名為"Unimation〞的機(jī)器人公司.Engelberger和Devol并不是第一個(gè)夢(mèng)想機(jī)器可以執(zhí)行的機(jī)器在制造不熟練,重復(fù)的工作.第一次使用"機(jī)器人〞這個(gè)詞是由捷克斯洛伐克哲學(xué)家、劇作家卡雷爾·卡佩克<KarelCapek>扮演r.u<Rossum的通用機(jī)器人>."機(jī)器人〞一詞在捷克意味著"工人〞或"奴隸.這出戲是1922年寫的.在Capek的游戲中,Rossum和他的兒子發(fā)現(xiàn)了人造原生質(zhì)的化學(xué)配方.原生質(zhì)構(gòu)成生命的根底.用他們的化合物,Rossum和他的兒子制造一個(gè)機(jī)器人.Rossum和他的兒子花了20年的時(shí)間把原生質(zhì)變成了一個(gè)機(jī)器人.二十年后的ros總和看著他們創(chuàng)造的東西說:"如果我們不能讓他比大自然快,那么花20年的時(shí)間來做一個(gè)男人是荒謬的,你也可以閉嘴.〞年輕的Rossum回到工作中去去除他認(rèn)為對(duì)理想工作者沒有必要的器官.年輕的Rossum說:"一個(gè)人的感覺是快樂的,玩耍鋼琴,喜歡散步,實(shí)際上想做很多事情不必要的…但是工作機(jī)器不能彈鋼琴,不能感到快樂,千萬不能做還有很多其他的東西.任何不能直接促進(jìn)工作進(jìn)展的事情都應(yīng)該被消除.半個(gè)世紀(jì)后,工程師開始建造Rossum的機(jī)器人,而不是人工原生質(zhì),但是硅水力學(xué),氣,和電動(dòng)機(jī).那些在1922年被卡佩克所夢(mèng)想的機(jī)器人,它的工作,但是沒有感覺,在制造工廠里執(zhí)行非人類或人類的工作,在世界各地都是可行的.就像Rossum的兒子認(rèn)為的那樣,現(xiàn)代機(jī)器人缺乏感覺和情感.它可以只簡單回應(yīng)"是/否〞問題.現(xiàn)代機(jī)器人通常被栓在地板上.它有一只胳膊和一只手.這是又聾又瞎又啞.盡管有各種各樣的障礙,現(xiàn)代機(jī)器人仍然在不無聊或抱怨的情況下完成分配的任務(wù).機(jī)器人不僅僅是另一臺(tái)自動(dòng)化機(jī)器.自動(dòng)化開始于工業(yè)革命期間,機(jī)器完成了以前由人類工人完成的工作.然而,這種機(jī)器只能做它設(shè)計(jì)的具體工作,近年來,人們對(duì)為各種各樣的科學(xué)和工程應(yīng)用開發(fā)人工智能<AI>技術(shù)有著濃厚的興趣.一份全面的調(diào)查報(bào)告提供了對(duì)過程工程中的智能系統(tǒng)的徹底審查,并包含385個(gè)參考文獻(xiàn).該領(lǐng)域的過程控制研究主要涉與三個(gè)人工智能方法:基于知識(shí)的系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯.6.1.1以知識(shí)為根底的系統(tǒng)基于知識(shí)的系統(tǒng)<KBS>,也稱為專家系統(tǒng).使用一組"規(guī)如此〞對(duì)流程操作或其他活動(dòng)的狀態(tài)進(jìn)展邏輯推斷的興趣.一個(gè)早期的、高度可見的示X項(xiàng)目"獵鷹計(jì)劃〞是杜邦公司的合作項(xiàng)目.在1983-1987年間,Foxboro和特拉華大學(xué).本研究的目的是開發(fā)并應(yīng)用基于知識(shí)的方法,在一種全面的化學(xué)工廠,一種油質(zhì)的酸轉(zhuǎn)換