導讀：現(xian)代(dai)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)中(zhong)采(cai)用(yong)了(le)大(da)量(liang)的(de)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)，這(zhe)些(xie)回(hui)路(lu)在(zai)初(chu)期(qi)一(yi)般(ban)都(dou)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)性(xing)能(neng)。但(dan)如(ru)果(guo)沒(mei)有(you)定(ding)期(qi)維(wei)護(hu)，其(qi)性(xing)能(neng)會(hui)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)而(er)下(xia)降(jiang) 
，從而可能導致產品質量降低、不合格產品和操作成本增加等問題。隻有那些得到良好設計、維護的過程控製回路才能真正為生產過程帶來長期
、穩定和可靠的效益。因此，需要通過一些方法來方便地評估各個控製回路的性能。目前國內對該領域研究相對較少，尚處於起步階段。

(資料圖）

　　導致控製回路性能不佳的原因

　　研究表明，實際工業中有60%的控製器存在性能方麵的問題。那麼導致這些控製回路性能不佳的原因是什麼呢？

　　最常見的導致控製回路性能不佳的原因是控製器整定不佳且缺少維護。據悉
，在工業過程自動控製係統中90%以上的控製器是PIDkongzhiqi。zhexiekongzhiqijingguoduoniandeyunxing，zhixingqihebeikongduixiangdedongtaitexingyouyumosundengyuanyinfashengbianhua，ruruodebudaojishideweihu，kongzhihuiludexingnengbianhuixiajiang。

　　其次是由於傳感器或執行器的故障、不合適的輸入/輸出配對或者裝置/組件設計不合理導致控製回路性能不佳。尤其是缺少前饋或前饋補償不足，若處理不當
，外部的擾動會使回路的性能惡化。自由度不足、過程強非線性
、缺乏對大時延的補償引起的控製結構問題也會導致控製回路性能不佳。

　　主(zhu)要(yao)從(cong)事(shi)過(guo)程(cheng)先(xian)進(jin)控(kong)製(zhi)與(yu)優(you)化(hua)的(de)中(zhong)國(guo)科(ke)學(xue)技(ji)術(shu)大(da)學(xue)自(zi)動(dong)化(hua)係(xi)薛(xue)美(mei)盛(sheng)副(fu)教(jiao)授(shou)指(zhi)出(chu)，控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)性(xing)能(neng)評(ping)估(gu)是(shi)保(bao)持(chi)工(gong)業(ye)過(guo)程(cheng)中(zhong)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)高(gao)效(xiao)經(jing)濟(ji)運(yun)行(xing)的(de)一(yi)項(xiang)重(zhong)要(yao)技(ji)術(shu)，根(gen)據(ju)運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)的(de)統(tong)計(ji)特(te)性(xing)
，分(fen)析(xi)估(gu)計(ji)出(chu)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)態(tai)。其(qi)主(zhu)要(yao)目(mu)的(de)是(shi)提(ti)供(gong)在(zai)線(xian)自(zi)動(dong)運(yun)行(xing)程(cheng)序(xu)，通(tong)過(guo)對(dui)運(yun)行(xing)數(shu)據(ju)的(de)分(fen)析(xi)
，為(wei)維(wei)護(hu)人(ren)員(yuan)提(ti)供(gong)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)狀(zhuang)況(kuang)。

　　國內外控製回路研究及應用現狀

　　關於控製回路性能評估方麵的研究
，最早可追溯到上個世紀70年代。1978年
，DeVries和Wu提出了性能評估的思想。1989年，Harris提ti出chu了le基ji於yu最zui小xiao方fang差cha控kong製zhi的de性xing能neng指zhi標biao，為wei單dan變bian量liang控kong製zhi回hui路lu的de性xing能neng評ping估gu奠dian定ding了le基ji礎chu。此ci後hou
，隨sui時shi性xing方fang法fa引yin起qi業ye界jie的de關guan注zhu，成cheng為wei控kong製zhi回hui路lu性xing能neng評ping估gu最zui基ji本ben的de方fang法fa。

　　1993年，Stanfelj等將最小方差控製性能評估方法推廣到了單變量的前饋和反饋控製回路中。1995年
，Tyler和Morari修正和推廣了Harris指標，並將其應用於不穩定係統和非最小相位係統。1996年，Harris等deng把ba單dan變bian量liang最zui小xiao方fang差cha控kong製zhi準zhun則ze引yin入ru到dao了le多duo變bian量liang控kong製zhi係xi統tong中zhong，利li用yong多duo變bian譜pu因yin子zi分fen解jie和he多duo變bian量liang丟diu番fan圖tu方fang程cheng的de解jie來lai描miao述shu多duo變bian量liang控kong製zhi係xi統tong的de性xing能neng。

　　近10年nian來lai，業ye界jie提ti出chu了le許xu多duo控kong製zhi回hui路lu性xing能neng評ping估gu的de方fang法fa。這zhe些xie方fang法fa能neng夠gou滿man足zu在zai工gong作zuo閉bi不bu條tiao件jian下xia，不bu需xu要yao附fu加jia測ce試shi信xin號hao
，監jian測ce控kong製zhi回hui路lu並bing及ji時shi指zhi出chu該gai回hui路lu是shi否fou需xu要yao重zhong新xin整zheng定ding。2002年
，Grimble提出了廣義最小方差基準，將控製信號幅度引入目標函數中。2007年
，Harris等將最小方差控製基準推廣到一類非線性單變量係統中
，並給出了操作數據估計性能上界的Volterra序列近似法。

　　控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)性(xing)能(neng)評(ping)估(gu)是(shi)控(kong)製(zhi)領(ling)域(yu)中(zhong)較(jiao)新(xin)的(de)一(yi)個(ge)研(yan)究(jiu)分(fen)支(zhi)


，吸(xi)引(yin)了(le)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)目(mu)光(guang)。但(dan)國(guo)內(nei)對(dui)該(gai)領(ling)域(yu)研(yan)究(jiu)相(xiang)對(dui)較(jiao)少(shao)
，尚(shang)處(chu)於(yu)起(qi)步(bu)階(jie)段(duan)。具(ju)有(you)代(dai)表(biao)性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)包(bao)括(kuo)孫(sun)金(jin)明(ming)等(deng)的(de)通(tong)過(guo)對(dui)常(chang)規(gui)操(cao)作(zuo)數(shu)作(zuo)數(shu)據(ju)按(an)擬(ni)合(he)模(mo)型(xing)
，估(gu)計(ji)PID實現的最小方差及其相應的PID控製器參數。李剛提出多擾動動態下的PID控製回路性能評價標準等等。

　　控製回路性能評估的應及產品

　　控製回路性能評估的方法被方法應用於煉油、石(shi)化(hua)和(he)其(qi)他(ta)化(hua)工(gong)領(ling)域(yu)，在(zai)造(zao)紙(zhi)過(guo)程(cheng)中(zhong)也(ye)可(ke)以(yi)見(jian)到(dao)一(yi)些(xie)應(ying)用(yong)的(de)案(an)例(li)。基(ji)於(yu)最(zui)小(xiao)方(fang)差(cha)的(de)性(xing)能(neng)評(ping)估(gu)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)成(cheng)熟(shu)
，並(bing)已(yi)成(cheng)為(wei)日(ri)常(chang)生(sheng)產(chan)中(zhong)使(shi)用(yong)的(de)標(biao)準(zhun)方(fang)法(fa)。市(shi)場(chang)上(shang)已(yi)有(you)一(yi)些(xie)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)性(xing)能(neng)評(ping)估(gu)與(yu)監(jian)視(shi)軟(ruan)件(jian)。

　　Honeywell的Loop Scout作為一款全麵的回路工作流管理軟件

，包括了回路分析功能、閥門診斷功能
、以強大控製理論為基礎的調節功能以及針對PID控製器的選擇性技術。該軟件能夠收集流水線中過程量、節點
、kongzhiqishuchuyijikongzhihuiluzutaifangmiandeshuju，ranhouchanshenggetiaohuiludexingnengbaogao。zhuanyejidezhidaogongjuhuiyindaoxinyonghujieduzhexieshuju，bingqietigongewaideceshiyonglaiquedingshiweihufangmiancunzaiwenti、調節方麵存在問題還是控製方案自身就有問題。

　　Rockwell的RSLoop Optimize專門用來對Allen-Bradley PLC-5、SLC 500以及Logix控製器中的PID回路作分析和調節，可以起到提高流程的穩定性、提高產量和最大化生產效率的目的。

　　ABB的Optimize IT Loop Performance Manager幫助控製工程師和流水線操作人員在ABB及其競爭對手的係統中，對控製回路進行啟動
、診斷

、維護等操作。

　　B&R的Automation Studiotongguozidongshezhisuoyoubihuankongzhicanshulaishixiangengweikuaijiedewendukongzhihuiludetiaoshi。gairuanjianliyongxuanzekugongnengkuailaichulibihuanwendukongzhi，zhiguandeyonghujiemianyunxushiyongzheqingsongxuanzewendufanweihewenduchuanganqideleixing，bingqiedingyiwenquxuqiu，wuxuewaidechengxujiukeshixianwendukongzhihuiludeyouhuachuli。

　　目前，市場上關於控製回路性能評估的軟件商品種類繁多。這些回路狀態監控、診斷工具都能夠提供自動和手動調整、分析回路的功能；監控生產線上的每條回路，而且不區分平台或製造廠商；執行非幹擾式、持續式的在線性能分析
；提供專門的回路狀態指標
，例如誤差分布
、絕對誤差、過程變量積分以及經濟性影響；將jiang回hui路lu狀zhuang態tai報bao告gao發fa送song到dao工gong廠chang的de每mei個ge商shang業ye層ceng，並bing通tong過guo網wang絡luo傳chuan播bo出chu去qu。不bu管guan是shi受shou益yi於yu回hui路lu優you化hua技ji術shu的de改gai進jin還hai是shi其qi他ta的de原yuan因yin
，在zai過guo程cheng工gong業ye中zhong，控kong製zhi回hui路lu性xing能neng確que實shi得de到dao了le提ti升sheng。（頑石）

(資料圖）