过程控制与自动化仪表 时,基于专家知识的专家系统、模糊控制、人工神经网络控制、学习控制和基于信息论的 智能控制应运而生,并在很多领域得到了广泛的应用。这个阶段工业领域的一个最大成就 是大规模集成电路和微处理器的产生,这大大加速了工业计算机的商品化和计算机技术的 普及和发展。为了满足工业计算机可靠性和灵活性的需要,作为一种全新的工业控制工具 DCS产生了。它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术于一体的计算机系 统。而另一方面,控制理论和其他学科相互渗透,从而形成了以大系统理论和智能控制理 论为代表的所谓第三代控制理论。直到现在,尽管它还处于发展和完善过程中,但已受到 极大的重视和关注,也取得了很大的进展。 20世纪80年代以后的十几年里,出现了两级优化与控制,在DCS的基础上实现了先 进控制和优化控制。在硬件上采用上位机和DCS或电动单元组合仪表相结合,构成两级计 算机优化与控制。随着计算机及网络技术的发展,DCS出现了开放式系统,实现多层次计 算机网络构成的计算机集成过程系统( Computer Integrated Process System,CIPS)。而自动化 的实现工具也由DCS发展到了现场总线控制系统( Fieldbus Control System,FCS) 过程控制( process control)技术是自动化技术的重要组成部分,通常是指石油、化工、 纺织、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动化,与其他自动控制系统比较,过程控制具有以下特点: 1.被控过程复杂多样 工业生产是多种多样的,生产过程本身大多比较复杂,规模大小不同,生产的产品千 差万别,因此过程控制的被控过程也多种多样。生产过程中充斥着物理变化、化学反应、 生化反应,还有物质和能量的转换和传递,生产过程的复杂性决定了对它进行控制的艰难 程度。有的生产过程进行得很缓慢,有的则进行得非常迅速,这就为对象的辨识带来困难 不同生产过程要求控制的参数不同,或虽然相同,但要求控制的品质完全不一样。不同过 程参数的变化规律各异,参数之间相互影响,对过程的影响作用也极不一致,要正确描述 这样复杂多样的对象特性还不完全可能,至今仍只能用适当简化的方法来近似处理。虽然 理论上有适应不同对象的控制方法和系统,出于对象特性辨识的困难,要设计出能适应各 种过程的控制系统至今仍不容易。由于被控过程的多样性,使过程控制系统明显地区别于 运动控制系统。 2.对象动态特性存在滞后和非线性 生产过程大多是在庞大的生产设备内进行,例如,热工过程中的锅炉、换热器、动力 核反应堆等,对象的储存能力大,惯性也较大,设备内介质的流动或热量传递都存在一定 的阻力,并且往往具有自动转向平衡的趋势。因此,当流入(或流出)对象的质量或能量发 生变化时,由于存在容量、惯性和阻力,被控参数不可能立即产生响应,这种现象称为滞 后。滞后的大小决定于生产设备的结构和规模,并同研究它的流入量与流出量的特性有关 生产设备的规模越大,物质传输的距离越长,热量传递的阻力越大,造成的滞后就越大 般来说,热工过程大多具有较大的滞后,它对任何信号的响应都会延迟一些时间,使输 出输入之间产生相移,容易引起反馈回路产生振荡,对自动控制会产生十分不利的影响 对象动态特性大多是随负荷变化而变的,即当负荷改变时,其动态特性有明显的不同 如果只以较理想的线性对象的动态特性作为控制系统的设计依据,就难以得到满意的控制·2· 过程控制与自动化仪表 ·2· 时，基于专家知识的专家系统、模糊控制、人工神经网络控制、学习控制和基于信息论的 智能控制应运而生，并在很多领域得到了广泛的应用。这个阶段工业领域的一个最大成就 是大规模集成电路和微处理器的产生，这大大加速了工业计算机的商品化和计算机技术的 普及和发展。为了满足工业计算机可靠性和灵活性的需要，作为一种全新的工业控制工具， DCS 产生了。它是集计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术于一体的计算机系 统。而另一方面，控制理论和其他学科相互渗透，从而形成了以大系统理论和智能控制理 论为代表的所谓第三代控制理论。直到现在，尽管它还处于发展和完善过程中，但已受到 极大的重视和关注，也取得了很大的进展。 20 世纪 80 年代以后的十几年里，出现了两级优化与控制，在 DCS 的基础上实现了先 进控制和优化控制。在硬件上采用上位机和 DCS 或电动单元组合仪表相结合，构成两级计 算机优化与控制。随着计算机及网络技术的发展，DCS 出现了开放式系统，实现多层次计 算机网络构成的计算机集成过程系统(Computer Integrated Process System，CIPS)。而自动化 的实现工具也由 DCS 发展到了现场总线控制系统(Fieldbus Control System，FCS)。 过程控制(process control )技术是自动化技术的重要组成部分，通常是指石油、化工、 纺织、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产 过程自动化，与其他自动控制系统比较，过程控制具有以下特点： 1. 被控过程复杂多样 工业生产是多种多样的，生产过程本身大多比较复杂，规模大小不同，生产的产品千 差万别，因此过程控制的被控过程也多种多样。生产过程中充斥着物理变化、化学反应、 生化反应，还有物质和能量的转换和传递，生产过程的复杂性决定了对它进行控制的艰难 程度。有的生产过程进行得很缓慢，有的则进行得非常迅速，这就为对象的辨识带来困难。 不同生产过程要求控制的参数不同，或虽然相同，但要求控制的品质完全不一样。不同过 程参数的变化规律各异，参数之间相互影响，对过程的影响作用也极不一致，要正确描述 这样复杂多样的对象特性还不完全可能，至今仍只能用适当简化的方法来近似处理。虽然 理论上有适应不同对象的控制方法和系统，出于对象特性辨识的困难，要设计出能适应各 种过程的控制系统至今仍不容易。由于被控过程的多样性，使过程控制系统明显地区别于 运动控制系统。 2. 对象动态特性存在滞后和非线性 生产过程大多是在庞大的生产设备内进行，例如，热工过程中的锅炉、换热器、动力 核反应堆等，对象的储存能力大，惯性也较大，设备内介质的流动或热量传递都存在一定 的阻力，并且往往具有自动转向平衡的趋势。因此，当流入(或流出)对象的质量或能量发 生变化时，由于存在容量、惯性和阻力，被控参数不可能立即产生响应，这种现象称为滞 后。滞后的大小决定于生产设备的结构和规模，并同研究它的流入量与流出量的特性有关。 生产设备的规模越大，物质传输的距离越长，热量传递的阻力越大，造成的滞后就越大。 一般来说，热工过程大多具有较大的滞后，它对任何信号的响应都会延迟一些时间，使输 出/输入之间产生相移，容易引起反馈回路产生振荡，对自动控制会产生十分不利的影响。 对象动态特性大多是随负荷变化而变的，即当负荷改变时，其动态特性有明显的不同。 如果只以较理想的线性对象的动态特性作为控制系统的设计依据，就难以得到满意的控制