控制系统性能评价方法的研究

论文摘要

当前,控制领域的研究主要集中在模型的辨识、控制器的设计、控制系统的鲁棒性等方面,而很少对运行中的控制系统性能进行评价。事实上,,很多控制系统在实际运行时难以达到设计的性能要求。因此,如何从生产过程的日常运行数据中获得一些有关控制系统的性能信息,从而能够早期识别、诊断控制系统的性能问题是现场工艺和控制人员都很关心的问题。近年来,工业界对控制系统性能要求的提高极大地推动了控制系统性能评价与诊断的研究。本文首先详细介绍了当前应用最广泛的最小方差准则的性能评价方法。最小方差准则对控制系统的性能可以提供一个有实践意义的参考点,仅需要过程的常规操作数据和时间延迟特性。通过比较现有控制系统的输出方差与最小方差进行控制系统性能评价,来评价控制系统性能的优良。文中分别介绍了单变量、多变量的控制系统性能评价方法,并进行了仿真分析,结果表明该方法是一种有效的性能评价方法。在此基础上,对特定结构的PID控制系统以及带前馈的PID控制系统,采用了基于PID控制器可实现的最小方差来对系统进行性能评价。仿真结果表明,该方法对系统性能评价结果要优于采用最小方差的方法。最后对多变量过程控制系统,采用基于主元分析的方法进行性能评价。该方法利用主元分析法可以将多个变量降维解耦的性质,把相互耦合的多变量变成相互独立的低维模型,再对控制系统进行性能评价。仿真表明,基于主元分析的方法是一种可行的性能评价方法,相对于原多变量控制系统评价方法使用简单。文中将该方法分别应用到对连续工业过程和间歇工业过程的性能评价中,表明基于主元分析的方法是一种实用的过程控制系统性能评价方法。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 论文研究的目的和意义
• 1.1.2 控制系统性能概述
• 1.1.3 控制系统性能评价的任务
• 1.1.4 控制系统性能评价面临的主要问题
• 1.2 控制系统性能评价的发展及现状
• 1.3 性能评价技术的实践应用情况
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 控制系统性能评价基本方法
• 2.1 引言
• 2.2 时间延迟的定义
• 2.2.1 单变量过程的延迟形式
• 2.2.2 多变量过程的延迟形式
• 2.2.3 单位关联阵
• 2.3 单变量控制系统性能评价
• 2.3.1 最小方差控制的反馈控制不变项
• 2.3.2 单变量控制系统性能评价的算法
• 2.3.3 实例分析
• 2.4 多变量控制系统性能指标
• 2.4.1 多变量最小方差准则的非时变形式
• 2.4.2 多变量控制系统性能评价的算法
• 2.4.3 实例分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 PID控制系统性能评价方法
• 3.1 单闭环PID控制性能评价
• 3.1.1 PID能实现的最小方差
• 3.1.2 PID控制系统性能评价方法
• 3.1.3 仿真实例
• 3.2 带前馈的PID控制回路的控制系统性能评价
• 3.2.1 过程输出序列分析
• 3.2.2 前馈PID控制系统性能评价方法
• 3.2.3 仿真实例
• 3.3 本章小结
• 第4章 多变量过程控制系统性能评价方法
• 4.1 主元分析
• 4.1.1 主元分析简介
• 4.1.2 主元分析方法简介
• 4.2 多变量控制系统性能评价方法
• 4.2.1 基于主元分析的性能评价方法
• 4.2.2 仿真实例
• 4.3 连续工业过程性能评价
• 4.3.1 连续工业过程及其特点
• 4.3.2 连续工业过程性能评价方法
• 4.3.3 重油分馏塔系统的性能评价
• 4.4 间歇反应过程的性能评价
• 4.4.1 间歇反应过程及其特点
• 4.4.2 间歇过程性能评价方法
• 4.4.3 谷氨酸发酵过程性能评价
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文