過程控制系統(tǒng)

過程控制系統(tǒng)第一題問：選擇性控制有哪些類型？各有什么特點(diǎn)？簡述幾個(gè)重要的抗積分飽和的方法。答：選擇性控制系統(tǒng)重要有被控變量的選擇性控制系統(tǒng)和被控變量測量值的選擇性控制系統(tǒng)兩種類型。被控變量的選擇新控制系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)處在正常狀況時(shí)，選擇其選擇正常控制器的輸出信號(hào)送給執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，此時(shí)取代控制器處在開路狀態(tài)。當(dāng)生產(chǎn)過程處在非正常狀況時(shí)，選擇其選擇取代控制器的輸出信號(hào)送給執(zhí)行器，取代控制器替代正?？刂破鲗?duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，此時(shí)正?？刂破鞒鋈ラ_路狀態(tài)。當(dāng)生產(chǎn)過程恢復(fù)正常時(shí)，通過選擇器的自動(dòng)切換，仍由原來的正常控制起來控制生產(chǎn)過程的進(jìn)行。被控變量測量值得選擇新控制系統(tǒng)，多個(gè)變送器共用一種控制器，選擇器對(duì)變送器的輸出信號(hào)進(jìn)行選擇。其重要用途有兩個(gè)：一是選出幾個(gè)測量變送信號(hào)的最高或最低信號(hào)用于控制；二是為了避免儀表故障造成事故，對(duì)同一檢測點(diǎn)采用多個(gè)儀表測量，選出可靠的測量值。抗積分飽和的方法重要有：限幅法、外反饋法和積分切除法。限幅法:用高低值限幅器，使控制器的輸出信號(hào)被限制工作區(qū)間內(nèi)，但這樣有可能在正常操作中不能消除系統(tǒng)的余差。外反饋法：采用外部信號(hào)作為控制器的積分反饋信號(hào)，如此，當(dāng)控制器處在開環(huán)狀態(tài)時(shí)，由于積分反饋信號(hào)不是輸出信號(hào)本身，就不會(huì)形成對(duì)偏差的積分作用，從而能夠避免積分飽和現(xiàn)象的出現(xiàn)。積分切除法：當(dāng)控制器被選中處在閉環(huán)狀態(tài)時(shí)，含有比例積分作用；若控制器未被選中處在開環(huán)狀態(tài)時(shí)，將積分作用自動(dòng)切除，使之只有比例作用。這樣既不會(huì)積分飽和又能在小偏差時(shí)運(yùn)用積分作用消除偏差。第二題問：分程控制系統(tǒng)能夠應(yīng)用于那些場合？請(qǐng)分別舉例闡明其控制過程，如何整定參數(shù)和投運(yùn)？答：分程控制系統(tǒng)能夠應(yīng)用于下列幾個(gè)場合：用于擴(kuò)大控制發(fā)的可調(diào)范疇，以改善控制品質(zhì)。普通國產(chǎn)控制閥的可調(diào)比R為30，在絕大部分場合下能滿足生產(chǎn)規(guī)定。但有些場合規(guī)定可調(diào)范疇很寬，此時(shí)一種控制法無法滿足生產(chǎn)規(guī)定。這種狀況下，可將兩個(gè)口徑不同的控制閥當(dāng)做一種控制法使用，從而擴(kuò)大可調(diào)范疇。如圖，若=4，,且兩閥的可調(diào)比相等，R=30，無視大閥的泄漏量，當(dāng)采用分程控制后，其最小流量為;最大流量為;因此，兩閥組合在一起的可調(diào)比將擴(kuò)大到遠(yuǎn)不不大于30.PVAPVBPCPTPVAPVBPCPT天然氣用于控制兩種不同的介質(zhì)，以滿足工藝生產(chǎn)規(guī)定。B物料A物料M在某些間歇式生產(chǎn)的生產(chǎn)過程中，有時(shí)需要加熱，有時(shí)需要一走熱量，為了滿足這些特殊規(guī)定，首先需要配備蒸汽和冷水兩種傳熱介質(zhì)；另首先需設(shè)計(jì)一種分程控制系統(tǒng)。TTTCB物料A物料MTTTCTVB產(chǎn)品冷水蒸汽TVA如圖所示為一間歇聚合反映器的溫度分程控制系統(tǒng)。當(dāng)反映物料投入設(shè)備后，開始需加熱升溫引發(fā)反映，此時(shí)通入蒸汽使循環(huán)水被加熱，循環(huán)水再通過反映夾套未反映物加熱使反映物料升溫；達(dá)成反映溫度后，由于放出大量的反映熱，若不及時(shí)一走熱量，會(huì)使反映越來越激烈，甚至可能發(fā)生爆炸，這時(shí)反映器夾套中流過的不再是熱水，而是冷水，反映中產(chǎn)生的熱量會(huì)被冷水帶走，這樣就達(dá)成了保持反映溫度一定的目的。用于保持生產(chǎn)過程的安全和穩(wěn)定在某些生產(chǎn)過程中，特別是各類煉油后石油化工中，為避免建在室外儲(chǔ)罐中的多個(gè)油品或石油化工產(chǎn)品與空氣接觸而氧化變質(zhì)或發(fā)生爆炸，經(jīng)常在儲(chǔ)罐上方充氮?dú)?，使使?chǔ)罐內(nèi)壓力保持為微正壓，稱為氮封。儲(chǔ)罐內(nèi)物料的增減將造成罐頂壓力的升降，必須及時(shí)進(jìn)行控制，否則將引發(fā)儲(chǔ)罐變形，甚至破裂，造成浪費(fèi)或引發(fā)燃燒、爆炸等危險(xiǎn)。PPVAPVBPCPT排空如圖所示，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)物料增加時(shí)，壓力升高，于是關(guān)閉A閥，打開B閥，通過停止充入氮?dú)夂头趴帐箖?chǔ)罐內(nèi)壓力下降；反之，當(dāng)儲(chǔ)罐內(nèi)物料減少時(shí)，壓力減少，于是打開A閥，關(guān)閉B閥，通過充入氮?dú)夂屯Ｖ狗趴帐箖?chǔ)罐內(nèi)壓力升高；如此保持儲(chǔ)罐內(nèi)壓力為微正壓。分程控制系統(tǒng)的參數(shù)整定實(shí)質(zhì)就是簡樸控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，需要注意的是，兩個(gè)控制通道特性不同時(shí)，應(yīng)照顧正常狀況下的對(duì)象特性，按正常工況整定控制器參數(shù)，另另一閥只要在工藝允許的范疇內(nèi)工作即可。分程控制系統(tǒng)的投運(yùn)1、投運(yùn)前的檢查儀表本身的調(diào)試和檢查檢查檢測元件、變送器、控制器、顯示儀表、控制閥的精度等檢查連接部件：涉及連接對(duì)的性檢查等充灌隔離液：涉及管路清洗等檢查控制器正反作用、內(nèi)外給定的設(shè)立檢查控制閥動(dòng)作及有關(guān)管線和旁路閥聯(lián)動(dòng)檢查2、系統(tǒng)投運(yùn)變送器投運(yùn)→控制閥手操→控制器投運(yùn)和參數(shù)整定3、維修定時(shí)和經(jīng)常性的檢查和解決發(fā)生故障后的檢查和解決第三題問：綜述新型控制系統(tǒng)。答：第一；自適應(yīng)控制系統(tǒng)自適應(yīng)控制系統(tǒng)是建立在系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)未知的基礎(chǔ)上，通過測取系統(tǒng)的有關(guān)信息，理解對(duì)象特性的變化狀況，再通過某種算法自動(dòng)地變化控制器的可調(diào)參數(shù)，使系統(tǒng)始終運(yùn)行在最佳狀況下。根據(jù)自適應(yīng)控制的設(shè)計(jì)原理和構(gòu)造的不同，可分四類：變?cè)鲆孀赃m應(yīng)控制，模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)，直接優(yōu)化目的函數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，自校正控制系統(tǒng)。變?cè)鲆孀赃m應(yīng)控制變?cè)鲆孀赃m應(yīng)控制變?cè)鲆孀赃m應(yīng)控制,是一種最為簡樸的自適應(yīng)控制系統(tǒng)，重要通過檢測過程的運(yùn)行條件來變化控制器的參數(shù)，以此賠償系統(tǒng)受環(huán)境等條件變化而造成對(duì)象參數(shù)變化的影響。模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)重要用于隨動(dòng)控制，其實(shí)質(zhì)在于設(shè)計(jì)一種穩(wěn)定的、含有較高性能的自適應(yīng)機(jī)構(gòu)的自適應(yīng)算法。直接優(yōu)化目的函數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)直接優(yōu)化目的函數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)選擇某個(gè)指定的目的函數(shù)為，對(duì)該目的函數(shù)求極小，可采用隨機(jī)逼近法找到可調(diào)參數(shù)向量η，使系統(tǒng)的對(duì)象參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，仍可運(yùn)行在最佳狀態(tài)。自校正控制系統(tǒng)自校正控制系統(tǒng)在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一種外回路。它由對(duì)象參數(shù)辨識(shí)器和控制器參數(shù)計(jì)算機(jī)構(gòu)構(gòu)成。第二：預(yù)測控制系統(tǒng)參考軌跡參考軌跡預(yù)測器控制算法廣義對(duì)象內(nèi)部模型xyyyuu○++-預(yù)測控制系統(tǒng)是一種基于模型的預(yù)測控制算法,其基本思想是運(yùn)用模型預(yù)測被控過程將來的輸出及其與給定值之差,并據(jù)此以某種優(yōu)化指標(biāo)計(jì)算現(xiàn)在應(yīng)施加于過程的控制作用。第三：解耦控制系統(tǒng)把含有互有關(guān)聯(lián)的多參數(shù)控制過程轉(zhuǎn)化為幾個(gè)彼此獨(dú)立的單輸入單輸出控制過程來解決，實(shí)現(xiàn)一種調(diào)節(jié)器只對(duì)其對(duì)應(yīng)的被控過程獨(dú)立地進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣的系統(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)。減少與消除耦合的途徑有：選擇對(duì)的的變量配對(duì)，調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，減少控制回路，串接解耦裝置。第四：專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種基于知識(shí)的系統(tǒng)，其內(nèi)部存有大量有關(guān)某一領(lǐng)域的專家水平的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，含有解決專門問題的能力。專家控制系統(tǒng)作為理論研究的工具推動(dòng)了人工智能的發(fā)展；作為一種實(shí)用工具為人類提供了保存、傳輸、運(yùn)用和評(píng)價(jià)知識(shí)的有效手段。其質(zhì)量重要取決于它所擁有知識(shí)的數(shù)量與質(zhì)量。第五：含糊控制系統(tǒng)含糊控制系統(tǒng)的思想是將操作人員長久的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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)則在進(jìn)行含糊推理，從而得到控制輸出。含有實(shí)時(shí)性好，超調(diào)量小，抗干擾能力強(qiáng)，穩(wěn)態(tài)誤差小等。ee含糊化含糊算法器含糊判決受控過程d/dtt給定值含糊控制器輸出yee'-○含糊控制系統(tǒng)方塊圖含糊控制的幾個(gè)辦法：①查表法將輸入量的附屬度函數(shù)、含糊控制規(guī)則及輸出量的附屬度函數(shù)都用表格來表達(dá)。②專用硬件含糊控制器用硬件直接實(shí)現(xiàn)上述的含糊推理。優(yōu)點(diǎn)是推理速度快，控制精度高。③軟件含糊推理法含糊控制過程中輸入量含糊化，含糊規(guī)則推理和輸出清晰化和知識(shí)庫這四部分都用軟件來實(shí)現(xiàn)。第六：魯棒控制魯棒控制的任務(wù)是設(shè)計(jì)一種固定控制器，使得對(duì)應(yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)在指定不擬定性擾動(dòng)作用下仍能維持預(yù)期的性能，或?qū)?yīng)的閉環(huán)系統(tǒng)在保持預(yù)期的性能前提下，能允許最大的不擬定性擾動(dòng)。第七：神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制比較合用于那些含有不擬定性或高度非線性的控制對(duì)象，并含有較強(qiáng)的適應(yīng)和學(xué)習(xí)功效；與其它智能控制辦法，如含糊控制、專家控制等相融合中，為其提供非參數(shù)化對(duì)象模型、優(yōu)化參數(shù)、推理模型和故障診療等。第八：純滯后賠償控制系統(tǒng)由于諸多生產(chǎn)過程中都存在純滯后現(xiàn)象，故必須設(shè)法克服純滯后?，F(xiàn)在克服純滯后的辦法重要有史密斯預(yù)估賠償控制、自適應(yīng)史密斯預(yù)估賠償控制、觀察賠償器控制、采樣控制、內(nèi)部模型控制（IMC）以及達(dá)林算法。第四題問：控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)總結(jié)和心得體會(huì)。答：控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)總結(jié)：

在這個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)中，我們一共學(xué)習(xí)了兩章內(nèi)容，第一章是復(fù)雜控制系統(tǒng)；第二章是其它控制系統(tǒng)。重要內(nèi)容有串級(jí)、比值、均勻、分程、選擇、前饋等控制系統(tǒng)和新型控制系統(tǒng)。在學(xué)習(xí)的過程中，我理解到所謂復(fù)雜控制系統(tǒng)，就是指含有多個(gè)變量或兩個(gè)以上測量變送器或兩個(gè)以上控制器或兩個(gè)以上控制閥構(gòu)成的控制系統(tǒng)。采用復(fù)雜控制系統(tǒng)對(duì)提高控制品質(zhì)、擴(kuò)大自動(dòng)化應(yīng)用范疇，起著核心性作用。

串級(jí)控制系統(tǒng)將兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起工作，各自完畢不同的任務(wù)的系統(tǒng)，重要用于對(duì)象容量滯后較大、系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈幅值大的干擾和對(duì)象含有較大的非線性并負(fù)荷變化大等采用簡樸控制系統(tǒng)無法滿足規(guī)定的狀況下。均勻控制系統(tǒng)的目的是前后設(shè)備之間無量供求平衡，普通液位和流量兼顧。均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)是比力度的積分時(shí)間比較大，控制作用弱。比值控制系統(tǒng)重要是保持兩種物料流量成一定的比例關(guān)系，分為定比值控制和變比值控制兩類。在控制器參數(shù)整定上，規(guī)定從動(dòng)量回路快速精確的跟蹤主動(dòng)兩回路。前饋控制系統(tǒng)是按照干擾進(jìn)行控制的開環(huán)控制系統(tǒng)，他必反饋控制及時(shí)，抱負(fù)的前饋控制能夠得到完全賠償，但實(shí)際難以實(shí)現(xiàn)，因此常采用前饋——反饋控制系統(tǒng)，方便得到較滿意的效果。前饋控制分為靜態(tài)前饋和動(dòng)態(tài)前饋兩種形式，前者簡樸，易于實(shí)現(xiàn)；后者前饋效果更加好，但須整定多個(gè)參數(shù)。選擇性控系統(tǒng)是在系統(tǒng)中設(shè)有兩個(gè)控制器或兩個(gè)以上變送器，通過選擇器選出能適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制。分程控制系統(tǒng)是將一種控制器的輸出分為若干個(gè)信號(hào)范疇，由各個(gè)段的信號(hào)去控制對(duì)應(yīng)的控制閥，從而實(shí)現(xiàn)一種控制器對(duì)多個(gè)控制閥的控制，有效地高了過程控制系統(tǒng)的控制能力。新型控制系統(tǒng)被控過程是多輸入多輸出的多變量系統(tǒng)，且變量之間互相耦合；被控過程的數(shù)學(xué)模型難以精確獲得或含有明顯的時(shí)變性；控制算法豐富,不只局限于PID形式，系統(tǒng)的目的不是簡樸地實(shí)現(xiàn)輸出控制；控制工具不再是簡樸的模擬式控制器，而是采用多個(gè)大、中、小、微型計(jì)算機(jī)。學(xué)習(xí)心得：這個(gè)學(xué)期已通過去的二分之一，《過程控制系統(tǒng)》這門課程的學(xué)習(xí)也基本結(jié)束，以上是我對(duì)這門課程的總結(jié)，在學(xué)習(xí)的過程當(dāng)中即使碰到了許多困難，但是通過老師的悉心指導(dǎo)和自己刻苦努力還是一一克服了困難。隨著社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，自動(dòng)制動(dòng)控制系統(tǒng)這技術(shù)一定會(huì)廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中去，并且會(huì)越來越智能化?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的知識(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)是不夠的，紙上談兵尚且不多，用到實(shí)踐