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Skogestad對控制方案設(shè)計的一些觀點

2023/6/2 0:12:53 人評論 次瀏覽 分類:過程控制  文章地址:http://www.yigongchang99.com/tech/4928.html

Skogestad教授1987年以對魯棒控制的研究從加州理工學院博士畢業(yè)后,深耕過程控制不僅僅研究PID也一直關(guān)注控制方案設(shè)計。使用簡單本質(zhì)的方法解決大的工程問題的理念讓Skogestad教授2023年寫了一篇121頁的長文《Advanced control using simple elements - An important and challenging research area》。文中指出先進控制包括使用簡單標準控制組件的復(fù)雜控制和使用動態(tài)模型的模型預(yù)測控制。而學術(shù)界應(yīng)該增加對復(fù)雜控制的傳授和研究。工業(yè)界常常用簡單的方法解決過程控制中遇到的問題,而學術(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:


盡管學術(shù)界常常將模型預(yù)測控制作為先進控制的首選方法,但其在其他過程工業(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)過程工業(yè)中常用工具。然而,他們在很大程度上被學術(shù)控制世界所忽視。甚至PID控制器在很長一段時間內(nèi)被學術(shù)界認為是過時的。學術(shù)界自從1950年左右作為一門學科出現(xiàn)以來,在很大程度上忽視了在實踐中使用的控制方法,特別是在過程工業(yè)中。主要原因可能是人們認為工業(yè)中使用的控制方法過于簡單和專用,很快就會被更現(xiàn)代和更通用的方法所取代。第二個原因是復(fù)雜控制方案都是為解決具體問題的功能擴展沒有在一個系統(tǒng)的框架內(nèi)提出。第三個原因,正如福斯指出:學術(shù)界在很大程度上忽視了結(jié)構(gòu)問題,即決定控制什么(輸出,CV)以及如何通過配對輸入(MV)和輸出(CV)將系統(tǒng)分解為分散的控制器。


過程控制應(yīng)用程序中,關(guān)于所有過程變量的信息通常是集中的。因此應(yīng)用分散控制的主要動機是它更簡單,而且通常足夠好。它允許獨立的控制器整定,而不需要描述過程中的詳細動態(tài)和相互作用的過程模型。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多變量控制所需的過程模型的成本相權(quán)衡。


“對經(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題是否可以通過其他結(jié)構(gòu)來解決。因此,對于一個沒有經(jīng)驗的用戶來說,設(shè)計一個新的控制結(jié)構(gòu)來解決給定的問題或組合幾個結(jié)構(gòu)是不容易的。相比之下,模型預(yù)測擴展的設(shè)計無疑更加系統(tǒng)化。”


H?gglund 等得出結(jié)論,除了PID控制器整定之外,在研究和開發(fā)中,復(fù)雜擴展幾乎是一個被忽視的領(lǐng)域。他們說,“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)域的進步具有巨大的潛力,因為這些結(jié)構(gòu)在過程工業(yè)普遍存在。


控制結(jié)構(gòu)設(shè)計也被稱為全廠控制,過程包括:

1. 控制目標
2. 根據(jù)目標確定可測量的被控變量
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)計的過程藝術(shù)性很強,需要對工藝過程、過程控制的深刻理解。這也是問題所在。這些學術(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。缺乏學術(shù)上的關(guān)注,意味著學生在這些方法上沒有得到適當?shù)挠?xùn)練,也沒有發(fā)展出適當?shù)脑O(shè)計方法。目前,控制工程師關(guān)于復(fù)雜控制的主要知識來源是基于先前設(shè)計的范例。學術(shù)界可以幫助糾正這一點,并且有很大的改進潛力。除了數(shù)學上的普遍性和嚴謹性外,研究目標還應(yīng)包括技術(shù)的工業(yè)用途和效益,分解和簡單是很重要的。簡單的控制解決方案更容易實現(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)該被認為是一個重要的創(chuàng)新者和思想的源泉,應(yīng)該努力去理解和擴展他的解決方案,并發(fā)展理論。

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