控制回路的性能評估方法研究.pdf

1、現(xiàn)代的大型過程工廠中通常存在成千上萬的控制回路，這些控制回路在運(yùn)行的初期一般都具有良好的性能。但若沒有定期的維護(hù)，控制回路的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而下降?？刂苹芈沸阅懿患褜⒔档涂刂苹芈返挠行裕M(jìn)而可能導(dǎo)致產(chǎn)品產(chǎn)量降低、不合格產(chǎn)品和操作成本增加等問題。同時(shí)，過程動(dòng)態(tài)特性經(jīng)常發(fā)生變化，只有少數(shù)的控制工程師來維護(hù)這些回路。因此，需要一些工具可以方便地幫助評估每個(gè)控制回路的性能。 目前，評估控制回路性能的方法大都是以最小方差控制為基準(zhǔn)。

2、然而，最小方差控制需要過程和干擾的準(zhǔn)確模型，這對實(shí)際工業(yè)過程而言很難實(shí)現(xiàn)。由于基于最小方差的性能評估方法僅考慮了過程時(shí)延引起的性能限制，對于使用PID這樣有固定結(jié)構(gòu)的控制器的控制回路，則可能無法真實(shí)地反映控制回路的性能。 本文主要針對工業(yè)過程中最常用的PID控制器，提出了模型驗(yàn)證和控制回路性能評估的方法。 論文首先介紹了PID控制回路的性能指標(biāo)及評估方法。并針對由于過程模型或擾動(dòng)模型失配而引起的性能不佳的情況，提出了一種

3、模型驗(yàn)證方法，引入一個(gè)準(zhǔn)白噪聲序列，測取實(shí)際輸出序列與實(shí)際控制序列，對實(shí)際輸出序列和噪聲序列使用相關(guān)分析法，并將結(jié)果與性能良好時(shí)的過程模型進(jìn)行對比分析，以確定導(dǎo)致控制回路性能不佳的原因。然后，介紹了基于最小方差控制的前饋，反饋控制回路的性能評估方法?？紤]到工業(yè)過程中最常見的是PID控制結(jié)構(gòu)，通過對輸出序列的時(shí)序分析，提出了一種帶前饋的PID控制回路的性能評估方法，該方法能夠得到過程輸出方差的顯式表達(dá)式，采用牛頓迭代法求取最小可達(dá)輸出方差

4、及相應(yīng)的最優(yōu)PID控制器參數(shù)。最后，將控制成本和性能同時(shí)作為考查對象，研究了基于狀態(tài)空間方程的LQG目標(biāo)函數(shù)的求解方法，該方法也可用于求解設(shè)定值跟蹤和階躍擾動(dòng)調(diào)節(jié)的LQO控制律。同時(shí)提出了一種PI控制結(jié)構(gòu)限制下的LOG目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算方法。通過求解上述LQG目標(biāo)函數(shù)，得到了一條權(quán)衡曲線，并在該曲線上定義了五種性能指標(biāo)，用于不同目的的性能評估。 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的方法可以有效地驗(yàn)證模型和在線評估工業(yè)過程中常見的控制回路的性