过程控制系统与仪表 教学课件 ppt 作者 王再英 第8章.pdf

过程控制系统与仪表 第8章 过程控制系统与仪表 王再英 陈毅静 编著 张萍 张磊磊 岳雅 制作 （第八、九、十章） 过程控制系统与仪表 第8章 第8章先进过程控制技术 第8章先进过程控制技术 8.1概述 从 年代开始至今，采用 控制规律的单回路 40 PID 系统一直是过程控制领域最主要的控制系统，单 回路系统主要采用经典控制理论的频域分析方法 进行控制系统的分析和设计。 控制算法简 PID 单、有效，可以实现一般生产过程的平稳操作与 运行。但单回路 控制并不适用于特性复杂的 PID 被控过程，不能满足生产工艺的特殊需要和高精 度控制的要求。 过程控制系统与仪表 第8章 从 年代开始，过程控制领域陆续出现了串 50 级、比值、前馈、均匀和Smith预估控制等控制系 统，即所谓的复杂控制系统，这些系统在一定程 度上满足了复杂生产过程、特殊生产工艺以及高 精度控制的需要。 从 年代初期逐渐发展起来的以状态空间为 60 基础的现代控制理论日趋完善，形成了状态反 馈、状态观测器、最优控制等一系列多变量控制 系统的设计方法，对自动控制技术的发展起到了 积极的推动作用。 过程控制系统与仪表 第8章 随着过程工业日益走向大规模、复杂化、对生 产过程的控制品质要求越来越高，出现了许多过 程、结构、环境和控制均十分复杂的生产系统，出 现了先进过程控制APC （亦称高等过程控制）的概 念。关于先进过程控制，目前尚无严格而统一的定 义。习惯上，将那些不同于常规单回路PID控制， 并具有比常规PID控制更好控制效果的控制策略统 称为先进过程控制，如自适应控制、预测控制、专 家控制、模糊控制、神经网络控制、推理控制等都 属于先进控制。 过程控制系统与仪表 第8章 相对于传统的控制技术，先进控制有以下一些特 点： （1）先进控制的控制策略与传统的PID控制不同。 （2 ）先进控制通常用于实现复杂被控过程的自动控 制。 （3 ）先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持 平台。 本章简单介绍近年来出现的典型先进控制，这 些控制方法在复杂工业过程控制中得到了成功的应 用，并受到工程界的欢迎和好评。 过程控制系统与仪表 第8章 8.2 自适应控制 前面讨论的控制系统设计和控制器参数整定，都是 在假定被控过程特性呈线性、模型参数固定不变的条件 下进行的，但在实际生产中，被控过程的数学模型参数 会随着生产的不断进行发生变化。为了保证控制品质， 当对象特性发生变化时应该重新整定控制器参数。采用 常规PID控制不能很好地适应工艺参数的变化，导致控 制品质下降，产品产量和质量不稳定。有一种控制系 统，它能根据被控过程特性变化情况，自动改变控制器 的控制规律和可调参数，使生产过程始终在最佳状况下 进行，这称为自适应控制系统。 过程控制系统与仪表 第8章 自适应控制系统应该具有以下基本功能： 辨识被控对象的结构、参数和性能指标的变化， 建立被控过程的数学模型，或确定当前的实际性 能指标； 能根据条件变化，选择合适的控制策略或控制规 律，并能自动修正控制器的参数，保证系统的控 制品质，使生产过程始终在最佳状况下进行。 根据设计原理和结构的不同，自适应控制系统可 分为两大类，即自校正控制系统和模型参考自适 应控制系统。 过程控制系统与仪表 第8章 8.2.1 自校正控制系统 自校正控制系统的原理图如图8.1所示： 控制器参数计算 参数辨识 x 控制器