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Skogestad對(duì)控制方案設(shè)計(jì)的一些觀點(diǎn)

2023/6/2 0:12:53 人評(píng)論 次瀏覽 分類:過(guò)程控制  文章地址:http://m.wxmqjy.com/tech/4928.html

Skogestad教授1987年以對(duì)魯棒控制的研究從加州理工學(xué)院博士畢業(yè)后,深耕過(guò)程控制不僅僅研究PID也一直關(guān)注控制方案設(shè)計(jì)。使用簡(jiǎn)單本質(zhì)的方法解決大的工程問(wèn)題的理念讓Skogestad教授2023年寫(xiě)了一篇121頁(yè)的長(zhǎng)文《Advanced control using simple elements - An important and challenging research area》。文中指出先進(jìn)控制包括使用簡(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)控制組件的復(fù)雜控制和使用動(dòng)態(tài)模型的模型預(yù)測(cè)控制。而學(xué)術(shù)界應(yīng)該增加對(duì)復(fù)雜控制的傳授和研究。工業(yè)界常常用簡(jiǎn)單的方法解決過(guò)程控制中遇到的問(wèn)題,而學(xué)術(shù)界更關(guān)注物理世界背后的本質(zhì)邏輯。

Skogestad教授

下面是文中的部分觀點(diǎn):


盡管學(xué)術(shù)界常常將模型預(yù)測(cè)控制作為先進(jìn)控制的首選方法,但其在其他過(guò)程工業(yè)中的應(yīng)用速度比預(yù)期的要慢得多。復(fù)雜控制是大多數(shù)過(guò)程工業(yè)中常用工具。然而,他們?cè)诤艽蟪潭壬媳粚W(xué)術(shù)控制世界所忽視。甚至PID控制器在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被學(xué)術(shù)界認(rèn)為是過(guò)時(shí)的。學(xué)術(shù)界自從1950年左右作為一門學(xué)科出現(xiàn)以來(lái),在很大程度上忽視了在實(shí)踐中使用的控制方法,特別是在過(guò)程工業(yè)中。主要原因可能是人們認(rèn)為工業(yè)中使用的控制方法過(guò)于簡(jiǎn)單和專用,很快就會(huì)被更現(xiàn)代和更通用的方法所取代。第二個(gè)原因是復(fù)雜控制方案都是為解決具體問(wèn)題的功能擴(kuò)展沒(méi)有在一個(gè)系統(tǒng)的框架內(nèi)提出。第三個(gè)原因,正如福斯指出:學(xué)術(shù)界在很大程度上忽視了結(jié)構(gòu)問(wèn)題,即決定控制什么(輸出,CV)以及如何通過(guò)配對(duì)輸入(MV)和輸出(CV)將系統(tǒng)分解為分散的控制器。


過(guò)程控制應(yīng)用程序中,關(guān)于所有過(guò)程變量的信息通常是集中的。因此應(yīng)用分散控制的主要?jiǎng)訖C(jī)是它更簡(jiǎn)單,而且通常足夠好。它允許獨(dú)立的控制器整定,而不需要描述過(guò)程中的詳細(xì)動(dòng)態(tài)和相互作用的過(guò)程模型。雖然理論上多變量控制器可能總是優(yōu)于分散控制器,但是這種性能增益必須與獲取和維護(hù)多變量控制所需的過(guò)程模型的成本相權(quán)衡。


“對(duì)經(jīng)典控制結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)闡述往往缺乏系統(tǒng)和整體的視角。從控制規(guī)范到選擇控制結(jié)構(gòu)的步驟很少是明顯的,而且通常不清楚手頭的問(wèn)題是否可以通過(guò)其他結(jié)構(gòu)來(lái)解決。因此,對(duì)于一個(gè)沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的用戶來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)一個(gè)新的控制結(jié)構(gòu)來(lái)解決給定的問(wèn)題或組合幾個(gè)結(jié)構(gòu)是不容易的。相比之下,模型預(yù)測(cè)擴(kuò)展的設(shè)計(jì)無(wú)疑更加系統(tǒng)化。”


H?gglund 等得出結(jié)論,除了PID控制器整定之外,在研究和開(kāi)發(fā)中,復(fù)雜擴(kuò)展幾乎是一個(gè)被忽視的領(lǐng)域。他們說(shuō),“與連接PID控制器的基本控制結(jié)構(gòu)相關(guān)的工作很少”,“這一領(lǐng)域的進(jìn)步具有巨大的潛力,因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)在過(guò)程工業(yè)普遍存在。


控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也被稱為全廠控制,過(guò)程包括:

1. 控制目標(biāo)
2. 根據(jù)目標(biāo)確定可測(cè)量的被控變量
3. 根據(jù)因果關(guān)系確定操縱變量
4. 連接被控變量和操縱變量的結(jié)構(gòu)

控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程藝術(shù)性很強(qiáng),需要對(duì)工藝過(guò)程、過(guò)程控制的深刻理解。這也是問(wèn)題所在。這些學(xué)術(shù)界很少關(guān)注的復(fù)雜控制方案在工業(yè)應(yīng)用普遍應(yīng)用。缺乏學(xué)術(shù)上的關(guān)注,意味著學(xué)生在這些方法上沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)挠?xùn)練,也沒(méi)有發(fā)展出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)方法。目前,控制工程師關(guān)于復(fù)雜控制的主要知識(shí)來(lái)源是基于先前設(shè)計(jì)的范例。學(xué)術(shù)界可以幫助糾正這一點(diǎn),并且有很大的改進(jìn)潛力。除了數(shù)學(xué)上的普遍性和嚴(yán)謹(jǐn)性外,研究目標(biāo)還應(yīng)包括技術(shù)的工業(yè)用途和效益,分解和簡(jiǎn)單是很重要的。簡(jiǎn)單的控制解決方案更容易實(shí)現(xiàn)、理解、整定和更改。


Greg Shinskey特別提出了其他更專業(yè)的解決方案,應(yīng)該被認(rèn)為是一個(gè)重要的創(chuàng)新者和思想的源泉,應(yīng)該努力去理解和擴(kuò)展他的解決方案,并發(fā)展理論。

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