工业过程先进控制概述_石红瑞

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1、工业过程先进控制概述石红瑞shihr@dhu.edu.cn13636526669控制科学与工程（一级学科，博士点）下设二级学科控制理论与控制工程（博士点）模式识别与智能系统（博士点）检测技术与自动化装置（硕士点）系统工程（硕士点）导航制导一、过程控制（ProcessControl)的研究对象和任务工业自动化涉及的范围极广，过程控制是其中最重要的一个分支。1、研究对象：六大参数的工业控制问题温度(T)、压力(P)、液位(L)、流量(F)、成分和物性(A)。范围：石油、化工、冶金、电力、轻工、纺织等工艺工程。划分：连续过

2、程、间歇过程或称批量过程（BatchProcess)典型被控对象（过程）：物料贮存（液体贮存）热量或质量交换（换热器、精馏塔等）化学反应设备，如连续槽反应器CSTR(ContinousStirred-TankReactor)2、任务在了解和掌握生产过程、工艺流程静动特性的基础上，应用控制理论对过程控制系统进行分析和综合，即方案设计，最后采用适宜的技术加以实现。（自动控制系统的设计和实现）要求：安全性、经济性和稳定性。安全型：报警和联锁保护系统(ESD)经济性：节能降耗、环境保护稳定性：抑制干扰、长期稳定运行3、过程控的

3、体系结构控制理论仪表与计算机过程控制系统过程(对象)4、过程控制系统的组成控制器C(s)执行器Gv(s)对象Gp(s)测量变送器Gm(s)指令信号(设定值)测量噪声干扰信号被控参数扰动TC换热器温度控制系统加热蒸汽被加热介质（德国）2020自动化技术是下列技术：电子电气技术（ElectronicElectric,EE）机电一体化技术生产工艺流程计算机和IT技术传感器和变送器驱动和执行系统通信技术的综合自动化控制系统是运用和应用自动化技术、产品和工具构成一个完整的针对流程和生产过程的解决方案。二、过程控制系统的发展1、被

4、控对象（生产过程）简单---复杂---大型---连续---优化生产过程（卡边：优质、高产、低能耗）对象特性：非线性、时变、分布参数、多变量耦合、滞后等2、控制理论的发展40’：经典控制理论系统描述：传递函数分析设计方法：根轨迹、Bode图研究对象：SISO、线性定常控制方案：PID、串级、前馈等经典控制理论亦称古典频域方法60~70’，现代控制理论核心：状态空间内容包括：以最小二乘法为基础的系统辨识；以极小值原理和动态规划为核心的最优控制；以Kalman滤波理论为核心的最佳估计。采用Kalman滤波器的随机干扰下的线性

5、二次型系统(LGQ)宣告时与方法的完成。研究对象：MIMO、线性时变研究内容：可控性、可观性、实现问题、典范型、分解理论、稳定性理论使控制由一类工程设计方法提高到新的科学----控制科学。相继出现了系统辨识与参数估计、随机控制、自适应控制、鲁棒控制等。航空、航天、制导成绩辉煌，复杂工业过程无能为力。80~90’，大系统理论与智能控制大系统理论：控制理论广度挖掘研究大系统的分解及各子系统的协调，多级递解与优化控制。智能控制：控制理论深度开阔模拟人类智能，模拟人脑的神经体液系统、人脑对模糊变量的处理能力。内容包括：神经网络

6、、模糊控制、专家系统21’，网络控制基于网络的控制系统是指传感器、控制器、执行器等通过实时网络构成闭环的反馈控制系统。其特征是系统各组件之间可以通过网络交换信息研究基于网络的控制系统的各种性能。如：网络络控制系统的时延分析；网络控制系统的稳定性分析；网络控制系统的能控性和能观性；网络控制系统的状态估计；网络控制系统的随机状态反馈。工业过程控制理论频域时域系统描述传递函数（非线性→线性化）状态方程（连续→离散化）离散状态方程控制系统设计方法描述函数根轨迹相平面伯德图奈氏判据优化控制极点配置动态规划黎卡提方程控制器PID控

7、制前馈、串级解耦Smith自整定PID多变量控制器状态观测器Kalman滤波器内模控制预测控制模型参考自适应(鲁棒控制)系统辨识(建模方法)频率响应瞬态响应相关分析最小二乘广义最小二乘极大似然法多变量频域随机过程非线性系统3、检测控制仪表的发展50’，基地式仪表（电子真空管），自力式温度调节，就地式液位控制60’，单元组合（气动、电动）QDZ：0.02~0.1MPa标准信号DDZП：0~10mA标准信号DDZШ：4~20mA、1~5V标准信号DDZ仪表与数字调节器70’,计算机控制系统集散控制系统DCS(Distrib

8、utedControlSystem)可编程序控制器PLC(ProgrammableLogicController)数字调节器（早期称单回路调节器）工业控制计算机DCS的演变DCS体系结构——横河CS3000DCS的体系结构——SiemensABPLC控制系统丁基生产线工艺流程窗口报警汇总和事务日志窗口XV603P1气动开/关阀的顺