过程控制入门(11)| 先进控制原理


大多数实际应用比简单的PID控制器所能处理的要复杂得多。尽管基于PID的复杂控制方案足以解决许多共同的需求,但其固有的局限性和艺术性增加了过程控制方案设计的难度,工业界需要一种更统一更简洁的解决方案。

对于任何过程,无论是工业过程还是人类行为过程,都必须对其行为有一个基本的了解,才能对其进行控制。通常,我们越了解它就越有可能控制它。

01

先进算法

模型是表示我们对过程理解的一种方法。过程模型提取了过程输入和输出之间的因果关系,并对行为进行了数学表示。先进的计算可以应用于数学模型,而不是实际过程,从而为包括实时控制和优化在内的复杂数据处理提供了机会。先进算法可以很轻易的实现多变量协调控制,并通过参数设置描述控制需求和约束条件然后通过算法自动完成控制决策。

02

先进控制的应用更多的是

关于工作过程而不是技术

与传统的PID控制相比,先进控制是一种“控制思维”的改变。通过严格形式化和分析潜在问题,选择输入和输出变量,用描述性的简化数学模型表示复杂的物理现象,并使用数学工具进行设计和分析,实现了这种思维方式的转变。

03

并不是每个控制问题

都适合先进控制

先进控制在过去几十年里取得了巨大的成功。然而,并不是每个控制问题都适合先进控制。先进控制技术有过度使用甚至滥用的趋势。“对于一个拿着锤子的人来说,所有东西看起来都像钉子。”灾难性失败的例子有很多。实现的质量高度依赖于实现者的能力。失败的一个关键原因是许多工程师过度依赖这些工具,并将先进控制应用程序视为软件应用程序。良好过程知识和最佳实践工作过程的重要性被严重低估或被方便地忽略。

在项目交付的压力下,他们倾向于在工作过程中的一些关键步骤上偷工减料。他们没有花足够的精力来获得高质量的过程模型并制定一个健全的控制结构,而是常常过早地匆忙进行模型结构和参数有问题的控制器设计。在项目的后期,他们花了大量的时间修补和扭曲控制器整定参数,希望运气能达到“最佳”性能,从而陷入与PID回路整定中“试错”方法相同的陷阱。

先进控制技术广泛应用后,许多现有的PID控制方案升级为先进控制以获得更好的性能。虽然这两种控制技术有很大的不同,但它们基于相同的过程分析和操作要求。不同之处在于,通过升级,控制目标可以更充分或更优雅地实现。

往期连载

过程控制入门(1)| 反馈:一种有效机制

过程控制入门(2)| 闭环还是开环

过程控制入门(3)| PID的参数意义

过程控制入门(4)| 两类模型-自衡和积分

过程控制入门(5)| 闭环响应曲线的知识

过程控制入门(6)| Lambda整定方法

过程控制入门(7)| 控制回路优化最佳实践

过程控制入门(8)| 单回路结构改进

过程控制入门(9)| 多变量协调优化

过程控制入门(10)| 控制方案设计方法

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