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)，控制回路的性能會隨著時間的推移而下降?？刂苹芈沸阅懿患褜⒔档涂刂苹芈返挠行?，進(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，過程動態(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，這對實際工業(yè)過程而言很難實現(xiàn)。由于基于最小方差的性能評估方法僅考慮了過程時延引起的性能限制，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模型失配而引起的性能不佳的情況，提出了一種

3、模型驗證方法，引入一個準(zhǔn)白噪聲序列，測取實際輸出序列與實際控制序列，對實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。考慮到工業(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調(diào)節(jié)的LQO控制律。同時提出了一種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。 仿真實驗結(jié)果表明，本文提出的方法可以有效地驗證模型和在線評估工業(yè)過程中常見的控制回路的性