復雜過程控制系統(tǒng)7

第八章復雜過程控制系統(tǒng)

第八章復雜過程控制系統(tǒng)

第八章復雜過程控制系統(tǒng)熟悉自適應控制系統(tǒng)的工作原理與性能特點了解解耦控制系統(tǒng)的設計方法了解專家系統(tǒng)的原理和設計方法第八章復雜過程控制系統(tǒng)對于這類生產(chǎn)過程，采用之前介紹的常規(guī)控制方案往往不能獲得令人滿意的控制效果，甚至還可能導致整個系統(tǒng)失控。一、自適應控制系統(tǒng)前面介紹過的控制系統(tǒng)，均指控制器有固定參數(shù)的系統(tǒng)。實際上，復雜的工藝過程往往具有不確定性（如環(huán)境結(jié)構(gòu)和參數(shù)的未知性、時變性、隨機性、突變性等）。為了解決在被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)存在不確定性時，系統(tǒng)仍能自動地工作于最優(yōu)或接近于最優(yōu)的狀態(tài)，就提出了自適應控制，它是辨識技術(shù)與控制技術(shù)的結(jié)合。對于這類生產(chǎn)過程，采用之前介紹的常規(guī)控制方案往往不能獲得令人三是具有自動調(diào)整控制器的控制規(guī)律或參數(shù)的能力。自適應控制是建立在系統(tǒng)數(shù)學模型參數(shù)未知的基礎(chǔ)上，在控制系統(tǒng)運行過程中，系統(tǒng)本身不斷測量被控系統(tǒng)的參數(shù)或運行指標，根據(jù)參數(shù)或運行指標的變化，改變控制參數(shù)或控制作用，以適應其特性的變化，保證整個系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)下。一個自適應控制系統(tǒng)至少應包含有以下三個部分：一是具有一個檢測或估計環(huán)節(jié)，目的是監(jiān)視整個過程和環(huán)境，并能對消除噪聲后的檢測數(shù)據(jù)進行分類。通常是指對過程的輸入、輸出進行測量，進而對某些參數(shù)進行實時估計。二是具有衡量系統(tǒng)控制優(yōu)劣的性能指標，并能夠測量或計算它們，以此來判斷系統(tǒng)是否偏離最優(yōu)狀態(tài)。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。自適應控制是建根據(jù)其設計原理和結(jié)構(gòu)的不同，主要包括：增益調(diào)度自適應控制;模型參考自適應控制系統(tǒng);自校正控制系統(tǒng)等。根據(jù)其設計原理和結(jié)構(gòu)的不同，主要包括：關(guān)鍵是找出影響被控對象參數(shù)變化的輔助變量，并設計好輔助變量與最佳控制器增益的函數(shù)關(guān)系，讓控制器的參數(shù)按預編程的方式作為運行條件的函數(shù)而改變。1．增益調(diào)度自適應控制這是一種最為簡單的自適應控制系統(tǒng)，主要通過監(jiān)測過程的運行條件來改變控制器的參數(shù)，以此補償系統(tǒng)受環(huán)境等條件變化而造成對象參數(shù)變化的影響，故稱為增益調(diào)度自適應控制。關(guān)鍵是找出影響被控對象參數(shù)變化的輔助變量，并設計好輔助變量與增益調(diào)度自適應控制，其結(jié)構(gòu)簡單，具有快速的適應能力.不足的是其參數(shù)補償按開環(huán)工作方式進行，對不正確的調(diào)度沒有反饋補償功能，在設計時需具備較多的過程機理知識。增益調(diào)度自適應控制，其結(jié)構(gòu)簡單，具有快速的適應能力.模型參考自適應控制系統(tǒng)主要用于隨動控制。這類控制的典型特征是參考模型與被控系統(tǒng)并聯(lián)運行，參考模型表示了控制系統(tǒng)的性能要求。2．模型參考自適應控制系統(tǒng)模型參考自適應控制系統(tǒng)主要用于隨動控制。2．模型參考自適應控這種方法的應用關(guān)鍵是，如何將一個實際問題轉(zhuǎn)化為模型參考自適應問題。在模型參考自適應控制系統(tǒng)中，不需要專門的在線辨識裝置，主要是借助于目標函數(shù)來調(diào)整可調(diào)參數(shù)，其實質(zhì)是設計一個穩(wěn)定的，同時具有較高性能的自適應機構(gòu)的自適應算法。這種方法的應用關(guān)鍵是，如何將一個實際問題轉(zhuǎn)化為模型參考自校正控制系統(tǒng)是自適應控制中一個相當活躍的分支。自校正控制系統(tǒng)是自適應控制中一個相當活躍的分支。對象的輸入信號x和輸出信號y送入?yún)?shù)估計器，在線識別出其數(shù)學模型，參數(shù)調(diào)整機構(gòu)根據(jù)辨識結(jié)果設計計算自校正控制規(guī)律和修改控制器參數(shù)，在對象參數(shù)受到干擾而發(fā)生變化時，控制系統(tǒng)性能仍保持或接近最優(yōu)狀態(tài)，這種系統(tǒng)應用較廣泛。自校正控制系統(tǒng)是在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個外回路。外回路由參數(shù)估計器和參數(shù)調(diào)整機構(gòu)組成，用來調(diào)整控制器的參數(shù)。內(nèi)回路包括過程和普通線性反饋控制器。對象的輸入信號x和輸出信號y送入?yún)?shù)估計器，在線識別出其數(shù)學目前的現(xiàn)場實際中，生產(chǎn)裝置往往不再是單一的回路控制，通常都需要設置若干個控制回路，才能對生產(chǎn)過程中的多個被控變量進行準確、穩(wěn)定地控制。由于回路個數(shù)的增多，各控制回路之間就有可能存在某種程度的相互關(guān)聯(lián)和影響，從而構(gòu)成多輸入多輸出（MIMO）的耦合控制系統(tǒng)。二、解耦控制系統(tǒng)1．系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)目前的現(xiàn)場實際中，生產(chǎn)裝置往往不再是單一的回路控制，通【精選】復雜過程控制系統(tǒng)7該系統(tǒng)中被控變量有兩個，分別是塔頂溫度T1和塔底溫度T2；操作變量也有兩個，即加熱蒸汽流量Q2和回流Q3。

T1C為塔頂溫度控制器，其輸出P1控制回流控制閥，控制塔頂?shù)幕亓髁?，實現(xiàn)對塔頂溫度T1的控制。T2C為塔底溫度控制器，其輸出P2控制再沸器加熱蒸汽控制閥，控制加熱蒸汽流量Q2，實現(xiàn)對塔底溫度T2的控制。耦合現(xiàn)象的產(chǎn)生。當塔頂溫度T1穩(wěn)定在給定值T1o上，如果某種干擾使塔底溫度T2偏離給定值T2o，假設降低，那么T2C的輸出P2必將發(fā)生變化，其結(jié)果是蒸汽控制閥開大，但是Q2的增加，又會導致T1升高。同理，當T1偏離T1o時，也會帶動T2偏離其給定值T2o。這是兩個變量相互耦合的情況，如果這種耦合嚴重，將影響到系統(tǒng)的正常運行。該系統(tǒng)中被控變量有兩個，分別是塔頂溫度T1和塔底溫度相對增益便是用來衡量一個選定的操縱變量與其配對的被控變量間相互影響的尺度。2．相對增益在多變量過程控制系統(tǒng)中，雖然變量間互相關(guān)聯(lián)，然而總有一個操縱變量對某一被控變量的影響是最基本的，對其他被控變量的影響是次要的，這就是操縱變量與被控變量間的搭配關(guān)系，也就是常說的變量配對。它是相對于系統(tǒng)中其他操縱變量對該被控變量的影響來說的，又稱其為相對放大倍數(shù)。相對增益便是用來衡量一個選定的操縱變量與其配對的被控變量間相如果上述兩種情況下所求的開環(huán)增益沒有變化，就表明該通道與其他通道間不存在耦合。然后在所有其他回路都閉環(huán)的情況下，再找出該通道的開環(huán)增益。這兩種情況下的開環(huán)增益之比就定義為該通道的相對增益。當兩種情況下所求的開環(huán)增益不相同時，則說明了各通道間有耦合。從上述的定性分析可以看出，相對增益的值反映了某個控制通道作用的強弱和其他通道對它的耦合的強弱，因此，可作為選擇控制通道和選擇解耦措施的依據(jù)。假設某一變量配對下的其他所有回路均為開環(huán)，找出該通道的開環(huán)增益；如果上述兩種情況下所求的開環(huán)增益沒有變化，就表明該通道1）選擇正確的變量配對3．減少與消除耦合的途徑2）調(diào)整控制器參數(shù)3）減少控制回路4）串接解耦裝置1）選擇正確的變量配對3．減少與消除耦合的途徑2）調(diào)整控制器三、專家系統(tǒng)1．專家系統(tǒng)的基本構(gòu)成專家系統(tǒng)是一種基于知識的系統(tǒng)，其內(nèi)部存有大量關(guān)于某一領(lǐng)域的專家水平的知識和經(jīng)驗，具有解決專門問題的能力。專家系統(tǒng)的主要功能取決于大量的知識以及合理、完備的智能推理機構(gòu)。三、專家系統(tǒng)1．專家系統(tǒng)的基本構(gòu)成專家系統(tǒng)是一種基于知識【精選】復雜過程控制系統(tǒng)7知識庫可看作是一個存儲器，它主要由規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫兩部分構(gòu)成。規(guī)則庫存儲著作為專家經(jīng)驗的判斷性知識，用于問題的推理和求解；數(shù)據(jù)庫用于存儲問題的狀態(tài)、特性以及當前的條件等，供推理和解釋機構(gòu)使用。知識庫通過“知識獲取”機構(gòu)與領(lǐng)域?qū)＜蚁嗦?lián)系，形成了專家系統(tǒng)與領(lǐng)域?qū)＜业娜藱C接口。知識獲取的過程，即實現(xiàn)了知識庫的修正更新，知識條目的測試、精煉等。知識庫可看作是一個存儲器，它主要由規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫兩部分構(gòu)成。2．專家系統(tǒng)的特點專家系統(tǒng)通過移植到計算機內(nèi)的相應知識，模擬人類專家的推理決策過程。這一人工智能處理方法與常規(guī)的軟件程序相比，具有如下的顯著特征：1）專家系統(tǒng)是一種知識信息處理系統(tǒng)。2）專家系統(tǒng)具有高度靈活的問題求解能力。3）專家系統(tǒng)具有啟發(fā)性和透明性。2．專家系統(tǒng)的特點專家系統(tǒng)通過移植到計算機內(nèi)的相應知識，模四、模糊控制系統(tǒng)模糊控制的思想是將操作人員長期的實踐經(jīng)驗加以總結(jié)和描述，得到一種定性的控制規(guī)則，基于這些規(guī)則再進行模糊推理，從而得到控制輸出。四、模糊控制系統(tǒng)模糊控制的思想是將操作人員長期的實踐經(jīng)驗加由于對一個模糊控制來說，輸入和輸出都是精確的數(shù)值，而模糊控制原理是采用人的思維，也就是按語言規(guī)則進行推理，因此必須將輸入數(shù)據(jù)變換成語言值，這個過程稱為精確量的模糊化，然后進行推理及控制規(guī)則的形成，最后將推理所得結(jié)果變換成實際的一個精確的控制值，即清晰化。2．模糊控制的幾種方法1）查表法