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PID控kong製zhi器qi。這zhe些xie控kong製zhi器qi經jing過guo多duo年nian的de運yun行xing，執zhi行xing器qi和he被bei控kong對dui象xiang的de動dong態tai特te性xing由you於yu磨mo損sun等deng原yuan因yin發fa生sheng變bian化hua，如ru若ruo得de不bu到dao及ji時shi的de維wei護hu，控kong製zhi回hui路lu的de性xing能neng便bian會hui下xia降jiang。

　　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
、shihuaheqitahuagonglingyu
，zaizaozhiguochengzhongyekeyijiandaoyixieyingyongdeanli。jiyuzuixiaofangchadexingnengpinggujishuyijingchengshu，bingyichengweirichangshengchanzhongshiyongdebiaozhunfangfa。shichangshangyiyouyixiekongzhihuiluxingnengpingguyujianshiruanjian。

　　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、控kong製zhi器qi輸shu出chu以yi及ji控kong製zhi回hui路lu組zu態tai方fang麵mian的de數shu據ju
，然ran後hou產chan生sheng各ge條tiao回hui路lu的de性xing能neng報bao告gao。專zhuan業ye級ji的de指zhi導dao工gong具ju會hui引yin導dao新xin用yong戶hu解jie讀du這zhe些xie數shu據ju，並bing且qie提ti供gong額e外wai的de測ce試shi用yong來lai確que定ding是shi維wei護hu方fang麵mian存cun在zai問wen題ti、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 Studio通(tong)過(guo)自(zi)動(dong)設(she)置(zhi)所(suo)有(you)閉(bi)環(huan)控(kong)製(zhi)參(can)數(shu)來(lai)實(shi)現(xian)更(geng)為(wei)快(kuai)捷(jie)的(de)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)調(tiao)試(shi)。該(gai)軟(ruan)件(jian)利(li)用(yong)選(xuan)擇(ze)庫(ku)功(gong)能(neng)塊(kuai)來(lai)處(chu)理(li)閉(bi)環(huan)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)

，直(zhi)觀(guan)的(de)用(yong)戶(hu)界(jie)麵(mian)允(yun)許(xu)使(shi)用(yong)者(zhe)輕(qing)鬆(song)選(xuan)擇(ze)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)和(he)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)類(lei)型(xing)，並(bing)且(qie)定(ding)義(yi)溫(wen)區(qu)需(xu)求(qiu)，無(wu)需(xu)額(e)外(wai)的(de)程(cheng)序(xu)就(jiu)可(ke)實(shi)現(xian)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)回(hui)路(lu)的(de)優(you)化(hua)處(chu)理(li)。

　　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）