控制回路性能评估综述

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1、万方数据2009年9月第16卷第5期控制工程ControlEngineeringofChinaSep．209V01．16，No．5文章编号：1671-7848(2009)05-0507-06控制回路性能评估综述薛美盛1，FeiQi2，张毅1，王川1，白东进1(1．中国科学技术大学自动化系。安徽合肥230026；2．阿尔伯特大学化工与材料工程系，加拿大T6G2G6)摘要：控制回路性能评估是控制领域中较新的一个研究分支。近几年在国际上吸引了越来越多的目光。深入解析控制回路性能评估的目的、全面分析和总结现有工作，旨在预测控制回路性能评估的未来研究方向。首先介绍控

2、制回路性能评估的意义及其所要解决的问题，随后给出评估控制回路性能的完整步骤，并总结当前控制回路性能评估领域国内外的研究成果、工业应用及商业化产品，最后在评析现有工作不足的基础上指出了基于LQG或GMV基准的评估、非线性和时变系统的评估、与部件性能监测的结合将是未来控制性能评估的重要发展方向。关键词：控制回路；性能评估；最小方差：随机性能中图分类号：TP273文献标识码：AASurveyofControlLoopPerformanceAssessmentXUEMei—shengl，FElQil．ZHANGYiI，WANGChuanl，BAIDong-jinI

3、(1．DepartmentofAutomation．UniversityofScienceandTechnologyofChina，Hefei230026，China；2．DepartmentofChemicalandMaterialEnginetting，UniversityofAlberta，AlbertaT6G2G6，Canada)AI嘲traet：Theassessmentofcontrolloopperfonmnceisanewbranchi11controlresearcha嘲．andithasattractedmoreandinol[eatt

4、enti∞duringthelastyears．Thepurposeandsignificationofthecontrollooprmfonma,ceassessmenta托introduced．Then．thegeneralprocedureofcontrolpedormanceassessmentisprovided．Thepresentresearchresults．industrialapplicationsandtheconmereialproducts8realso鼽uIⅡIla．rized．Itisconcludedwithdiscussi

5、onsontheunsolvedproblemsandfutureresearch．Keywords：controlloop；performanceassessment；minimumvariance；stochasticperformance1引言2控制回路性能评估现代工业过程中采用了大量的控制回路，这些回路在整个工业过程运行的初期一般都具有良好的性能。但如果没有定期的维护，其性能会随着时间的推移而下降。控制回路性能不佳将降低控制回路的有效性，进而可能导致产品产量降低、不合格产品和操作成本增加等问题。因此，只有那些得到良好设计、整定和维护的过程控制回路才

6、能真正为生产过程带来长期、稳定和可靠的效益。另外，大型过程装置中通常存在大量动态特性经常发生变化的控制回路，但相应的维护控制工程师却很少。因此，需要一些方法来方便地评估各个控制回路的性能。这些方法应满足以下条件：能工作在闭环条件下；不需要附加的测试信号(以免干扰控制回路的正常运行)；能够监测控制回路并及时指出该回路是否需要重新整定。1)性能评估对控制回路的运行数据进行分析一般包括评估、监测、诊断以及改进措施等。性能评估的基本思想是从闭环运行的输入输出数据得到控制回路的性能度量。控制回路的性能指标主要包括确定性指标、随机性指标和鲁棒性指标3种。确定性性能指标

7、主要涉及到有关控制回路动态品质的时域和频域指标，是对控制回路性能的传统评价标准。随机性性能指标则是描述控制回路性能的一种统计指标，通常以“最小方差控制”(MinimumVarianceControl，MVC)为基准，利用过程实际运行数据和少量过程先验知识来估计性能，无需对控制回路实施扰动实验。鲁棒性性能指标则着重考虑控制回路在发生过程摄动和模型失配条件下的稳定性和品质变化。一个好的控制器不仅要对确定性和随机性扰动有良好的抑制能力，还应具有对摄动和失收稿日期：2009-03—16；收修定稿日期：2009-05-24基金项目：国家高技术研究发展计划基金资助项目

8、(2007AA042195)；国家水体污染控制与治理科技重大专项课