先进控制在过程工业的应用
先进控制在过程工业的应用Application of advanced process control in
process industry
摘要：随着现代控制理论的迅速发展，各种先进控制策略、方法和技术已开始在流程工业中广泛应用，其中鲁棒控制软测量技术，模糊控制都是精化，预测工业控制的重要手段。本文举例说明了先进控制技术在各种过程工业中的应用，简述了先进控制技术的优点，在分析工业过程特点的基础上，总结了工业过程先进控制的发展现状，阐述了控制器参数整定和模型预测控制的基本概念和内容。
关键词：工业过程；先进控制；模型预测控制；自适应控制；鲁棒控制；智能控制；软测量技术；内模控制；先进控制软件
Abstract：With the rapid development of modern control theory，some advanced process control strategies，methods and technology has been widely applied in process industry，the robust control soft measurement technique and fuzzy control are refined，prediction of industrial control is an important means of. The paper illustrates the advanced control technology in the process of industrial application，the advantages of advanced control technology in the analysis，based on the characteristics of industrial process，summed up the development of advanced control of industrial process，elaborated the controller parameter tuning and model predictive control of the basic concept and content of.
Keywords：Industrial process；advanced control; model predictive control; adaptive control; robust control; intelligent control; soft measurement; internal model control; advanced control software
一．前言
什么是先进控制（Advanced Process Control，简称APC ）先进控制是对那些不同于常规控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。但至今对先进控制还没有严格的、统一的定义。尽管如此，先进控制的任务却是明确的，它是用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能、减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而使生产装置在接近其约束边界的条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等目的。现代复杂的工业生产过程，通过实施先进控制，可以大大提高工业生产过程操作和控制的稳定性。先进控制，内容丰富，涵盖面广，包括预测控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制和软测量技术等。
二．模型预测控制
模型预测控制是一种基于模型的闭环优化控制策略，已在炼油、化工、冶金和电力等复杂工业过程控制中得到广泛的应用。模型预测控制具有控制效果好、鲁棒性强等优点，可有效地克服过程的不确定性、非线性和关联性，并能方便处理过程被控变量和操纵变量中的各中约束。
模型预测控制是一类产生于20世纪70年代的计算机控制算法。与传统的PID 控制算法不同，模型预测控制不但利用当前时刻和过去时刻输出测量值与设定值的偏差，而且还利用预测模型来预估过程未来的偏差值，采用滚动优化的方法确定当前的最优控制作用。模型预测控制的基本步骤是预测模型建模、滚动优化和反馈校正。其代表性的控制算法有动态矩阵控制（DMC）、模型算法控制（MAC）和广义预测控制（GPC）。动态矩阵控制（DMC）算法是一种基于对象阶跃响应的预测控制算法，它适用于渐近稳定的线性对象。对于弱非线性对象，可在工作点附近作线性化处理后应用DMC。作为一种有约束的多变量优化控制算法，DMC在1974年在美国壳牌石油公司得到应用。此后，它被广泛用于炼油、石化、化工、造纸等领域。模型算法控制（MAC，又称为模型预测启发控制MPHC）诞生于20世纪70年代后期，它是基于对象脉冲响应的一种预测控制算法，适用于渐近稳定的线性对象。MAC算法以控制变量的变化量（即△u）为输入控制量，在控制算法中包含了数字积分环节，故即使发生模型失配，该算法仍可以实现无稳态偏差控制。MAC（MPHC）在锅炉、精馏塔等的控制中获得了成功应用。广义预测控制（GPC）是在自适应控制的研究中发展起来的一类预测控制算法。GPC算法基于可控自回归滑动平均模型或可控自回归积分滑动平均模型，采用多步预测优化策略，利用在线辨识和校正机制增强了控制系统的鲁棒性。GPC 算法不仅适用于开环稳定的最小相位系统，而且可用于非最小相位系统、变结构系统和时滞系统。
当前，预测控制的研究范围主要涉及到以下方面，(1)对现有基本算法作修正。如引入扰动观测器，采用变反馈校正系数等。(2)单变量到多变量的推广。把只适合于稳定对象的算法推广到非自衡系统，把预测控制的应用范围推广到非线性及分布参数系统。(3)优化目标函数的选取。如采用最小方差的目标函数、二范数的目标函数、无穷范数的目标函数等。(4)预测模型的选取。尤其是在非线性预测控制中，非线性预测控制要比线性预测控制复杂得多。因而，目前研究主要集中在特殊的非线性模型，如Wiener模型，Bilinear模型、广义Hammerstein模型、
V olterra模型等。(5)引入大系统方法，实现递阶或分散的控制算法。(6)将基本控制算法与先进的控制思想与结构相结合，如自适应预测控制、模糊预测控制、鲁捧预测控制、神经网络预测控等。
目前，预测控制的应用几乎遍及各个工业领域，如：炼油、石化、化工、造纸、天然气、矿冶、食品加工、炉窑、航空、汽车等。其中全世界采用了以预测控制为核心的先进
控制算法已经超过5000多例。国外著名的控制工程公司都开发研制了各自的商品化软件。预测控制的软件产品至今已走过了三代。第一代产品主要以Adersa公司的IDCOM 和Shell Oil公司的DMC为代表，可处理无约束的预测控制问题。第二代以Shell Oil公司的QDMC为代表，它增加了处理输入输出有约束的多变量对象的技术。而目前的第三代产品，主要有Aspen公司的DMC plus和Honeywell公司的RMPCT，以及浙大中控软件公司的Adcon等，都已在炼油、化工、石化等工业生产过程中应用。
三．自适应控制
自适应控制的研究对象是具有一定程度不确定性的系统。面对客观上存在的各种不确定因素，自适应控制系统能在对象运行过程中，通过不断地测量系统输入、状态、输出或性能指标，逐渐获得过程内部信息，然后对给定的评价指标和按一定的设计方法作出控制决策（更新控制器的结构、参数或修正控制作用）。自适应控制对模型和扰动的先验知识依赖程度
较低。目前比较成熟的自适应控制系统
可分为两大类，一类是模型参考自适应控制系统（Model Reference Adaptive System，MRAS）；另一类是自校正调节器控制系统（Self-Tuning Regulator Control System，STRCS）。模型参考自适应控制系统由参考模型、被控对象、反馈控制器和调整控制器参数的自适应机构等部分组成，如图1所示。从中可知，这类控制系统包含内外两个环路。内环是由被控对象和控制器组成的普通反馈回路，而控制器的参数则由外环调整。参考模型的输出ym就是对象输出y的期望值。自适应机构由系统输出响应y(t)与模型输出响应ym(t)的偏差信号e(t)驱动。
图1 模型参考自适应控制系统结构图
自校正调节器控制系统由被控对象、对象参数估计器、控制器参数计算机构和可调控制器组成，如图2所示。和模型参考自适应控制系统相似，自校正调节器控制系统的内环包括被控制对象和一个普通的线性反馈控制器，控制器的参数由外环调节；但自校正调节器控制系统的外环由一个对象模型参数估计器和一个控制器参数计算机构所组成。参数估计器对被控对象进行在线参数估计；控制器参数计算机构根据对象模型参数估计值，按一定的设计准则获得新的控制器参数，并把这些参数赋给可调参数控制器；后者再根据设定值r和系统输出y的偏差确定控制量u，使整个系统达到预期的控制效果。自适应控制技术首先用于飞机的自动驾驶。飞行器的动态特性取决于许多环境参数和结构参数，如动态气压、高度、质量、阻尼板位置等。在不同环境下，这些参数可能在相当大的范围内变化。对这类工作环境复杂、参数幅度变化大的被控对象，自适应控制尽显优越性。如今，自适应控制技术的应用几乎遍及所有领域，如机器人研制、导弹制导、磁悬浮列车机械制动系统、卫星天线跟踪指向控制、汽车悬架控制、水泥生料磨机化学成分控制、连铸结晶器液位控制系统和精馏塔控制，等等。
四．鲁棒控制
实际控制对象一般很难用精确的数学模型描述。鲁棒控制基于被控对象的不确定性和不完全信息建模，再根据该模型设计能够满足期望性能指标的控制器。鲁棒控制的基本理论包括H∞控制理论和μ理论。H∞控制理论就是在H∞空间通过某些性能指标的无穷范数优化而获得具有鲁棒性能控制器的一种控制理论。H∞控制理论为多输入多输出且具有模型摄动的系统提供了一种频域鲁
棒控制器设计方法。对于非结构不确定性系统，H∞鲁棒控制器可以设计得相当精确。μ理论是研究动态不确定性鲁棒控制的结构奇异值理论。μ理论将一个具有回路多点独立的有界范数摄动化为块对角摄动结构，然后给出判断系统鲁棒稳定的充要条件。μ理论不但能有效地、无保守性地判断“最坏情况”下摄动的影响，而且当存在不同表达形式的结构不确定性情况下仍然能够分析控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能问题。由于鲁棒控制理论处理不确定系统的优越性，已经在航空、航天、航海、化工、冶金等领域得到了应用，如飞机着陆控制、飞机运动控制、机器人轨迹跟踪、机器人两自由度柔性关节控制、电力系统非线性自抗扰励磁控制、水下热动力系统控制、工业过程鲁棒PID 控制器等等。
五．智能控制
智能控制是控制理论发展的高级阶段，它是人工智能、运筹学和自动控制三者的交叉。有代表性的智能控制包括专家控制、神经网络控制和模糊逻辑控制等。
(1) 专家控制
专家系统是应用人工智能技术，根据某个应用领域的一个或多个人类专家提供的知识和经验进行的推理、判断和决策，其一般如图3所示。人机接口、解释机构、数据
库、知识获取、知识库和推理机是专家系统的基本组成部分。其中数据库用于存储有关事实及推理结果；知识库用于存储相关领域专家的专门知识；推理机模拟专家的推理方法和技巧。专家系统通过人机接口与用户交换信息，输入数据和待解问题，输出推理过程和结构等。知识获取的基本任务是把知识输入到知识库中，并负责维持知识的一致性及完整性。推理机首先根据数据库中的有关事实和知识库中的专家知识以一定的推理方法进行推理，并在推理过程中不断更新数据库，直到最后得出结论。解释机构跟踪并记录推理过程，当用户提出询问需要给出解释时，它将根据问题的要求分别做相应的处理，最后把解答用约定的形式通过人机接口输出给用户。
图2 专家系统结构
1980年以后，专家系统应用报道逐渐增多，如抗生素发酵过程专家控制系统，提高了控制精度，降低了生产成本；提出了一种工业聚酯装置开停车过程辅助专家控制系统；在分析了链条炉工艺特性的基础上提出了一套专
家控制系统并得以实施；研制了水泥回转窑实时专家控制系统；开发了锅炉专家控制系统；开发了一种面向现代农业的专家控制平台；将专家控制系统应用于石油钻井工程；则设计了一套乙烯精馏塔压差实时专家控制系统。
(2) 神经网络控制
神经网络是由大量人工神经元广泛互联而成的网络，人工神经元则是非线性映射函数。常见的神经网络的有感知器网络、BP 网络、Hopfield网络、Boltzmann机、CMAC 神经网络、B样条神经网络、径向基函数神经网络和模糊神经网络等。神经网络控制是一种数据驱动的控制方法，适用于那些具有不确定性、非线性且无模型可资利用的控制对象，它具有较强的自适应和学习能力。根据神经网络控制结构的不同，神经网络控制可分为神经网络监督控制、神经网络自适应控制、神经网络内模控制、神经网络预测控制和神经网络自适应评判控制等。神经网络控制已在很多领域得到应用。神经控制以其独特的优点受到控制界的关注并得到了广
泛的应用，这主要来自以下三方面的动力：①处理越来越复杂系统的需要；②实现越来越高设计目标的需要；③越来越不确定情况下进行控制的需要。20世纪80年代以来，人工神经网络又有了重大突破，人们提出了许多功能强大的神经元模型和各种有效的
算法并促进了它的应用。目前，神经网络已经在对象建模、系统辨识、参数估计、自适应控制、预测控制、容错控制、故障诊断、数据处理等领域得到了广泛的应用。其中，神经网络与模糊逻辑、遗传算法、专家系统、小波分析结合、混沌神经网络、基于粗糙集的神经网络等方向已成为新的研究热点。Hsu采用Kohonen自组织特性映射方法实现了短负荷预测中的负荷类型识别将递归神
经网络用于化工过程多步预测；给出了基于神经网络的尼罗河水流量多步预测；提出了一种基于神经网络控制的电弧炉系统；Bongards等将神经网络预测器和模糊控制器相结合用于污水处理;采用并行结构的递归神经网络用于套管式化学反应釜控制。另外，就目前神经网络在控制系统中的应用来说，它在控制系统的建模、辨识和控制中都获得了广泛的应用。主要有：①系统辨识：通过多层前馈网络能够提供非线性被控对
象的直接逆向模型。②充当各类控制器：如监督控制、直接逆模控制、模型参考控制、内模控制、预测控制、自适应控制、非模型控制等。因此，神经网络在机器人运动学控制、动力学控制和路径规划等方面也有广泛的应用。
六．模糊控制
1965年，Zadeh教授最早提出模糊集合的概念，从而突破了经典集合论中属于或不属于的绝对关系，标志着模糊数学的诞生。模糊控制是应用模糊数学理论，对一些无法构造数学模型的过程进行有效的控制。基本的模糊系统包括模糊化处理、模糊推理和非模糊化控制三个环节。在模糊推理面，Takagi和Subeno通过使用最小二乘法近似做出了贡献。在非模糊化方面，相继出现了最大隶属度值法、面积平均法、重心法、最大隶属度平均值法等。在应用方面，1974年，Mamdani首次将模糊控制应用到蒸汽
机和锅炉的控制，取得了满意的效果。1980年，Holmblad和Ostergaard将模糊控制成功地安装到水泥窑炉上，并开发了第一个商品化模糊控制器。1985年，AT&T贝尔实验室的Togai和Watanabe设计出第一块模糊逻辑芯片。1987年，Omron公司研制出第一代模糊微处理机Yamakawa设计了高速模糊控制器硬件系统。进入90年代，日本推出了大量采用模糊控制的家用电器。不少仪表商已经将模糊控制作为DCS的一个模块。目前，美国国家航空与航天局正考虑将模糊控制技术应用到航空系统。国际原子能机构和工业应用系统机构也准备将模糊控制技术应用到大型系统高速推理上。模糊控制是基于模糊逻辑，模仿人类控制经验和知识的一种智能控制。模糊控制器主要由模糊化、知识库、模糊推理和解模糊化四部分组成，如图4
所示。
图4 模糊控制器的基本框架
模糊化部分的作用是将输入的精确量转换成模糊量。知识库包括了具体应用领域中的知识和要求的控制目标。它通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成。数据库主要包括各语言变量的隶属度函数、尺度变换因子以及模糊空间的分级数等。规则库是由用模糊语言变量表示的一系列控制规则组成的。它反映了控制专家的经验和知识。模糊推理是模糊控制器的核心，它模拟人基于模糊概念推理的行为。解模糊化的作用是将模糊推理得到的模糊控制量变换为实际用于控制的精确量。模糊控制在工业生产和日常生活中应用例子很多，如污水处理、城市单路口交通、立窑水泥煅烧、飞行器的飞行控制、锅炉排管爬壁机器人、汽车防抱制动系统、群控电梯系统、现代高层建筑水位检测和水质监测系统、核反应堆控制系统、内燃机车装置试验系统、地铁列车的驾驶系统和家用电器领域。
七．软测量技术
软测量技术往往与先进过程控制相伴。软测量技术是利用可测过程变量、通过各种数学计算和估计方法推断待测过程变量的技术。在数学上，软测量模型就是可测过程变量集合θ到待测过程变量集合y的映射，即。根据软测量模型建模方法的不同，软测量技术可分为机理建模、回归分析、状态估计、模式识别、人工神经网络、模糊数学、过程层析成像、相关分析和现代非线性信息处理技术等子类。可测变量的选择、测量数据预处理、数据库在线更新和模型在线校正是软测量成功的关键。软测量技术不仅解决了常规检测仪表无法测量的过程变量的在线检测问题，而且响应快、投资少、维护简单。软测量技术的典型应用领域是炼油工业，如石油催化裂化分馏塔的粗汽油干点和轻柴油凝固点的软测量；乙烯装置裂解炉的炉管外壁最高温度、乙烯和丙烯产品收率的软测量；常压塔柴油凝固点、筛料干点和常一线干点的软测量；延迟焦化装置的粗汽油干点和液体产品收率的软测量；丙烯丙烷精馏塔丙烯浓度的软测量，等等。此外，软测量技术在输送管道泄漏定位及诊断、钢水温度的测量、纸张水分的测量、生化反应状态估计、发动机火焰点燃过程成像、湍流的小
波分析和多相流流型的混沌、分形技术中均得到了良好的应用。
八．内模控制
内模控制(Internal Model Control，IMC)是一种基于过程数学模型进行控制器设计的新型控制策略。它不仅是一种实用的先进控制算法，而且是研究预测控制等基于模型的控制算法的重要理论基础，以及提高常规控制系统设计水平的有力工具。自面世以来，内模控制不仅在控制系统稳定性和鲁棒性理论分析方面发展迅速，而且在工业过程控制中也得到成功的应用。许多研究者讨论了内模控制与其他控制算法，如动态矩阵控制(DMC)、模型算法控制(MAC)、线性二次型最优控制(LQOC)等之间的内在关系，尤其是多变量内模控制可以直接调整闭环系
统动态性能，并对模型误差具有良好的鲁棒性，因此IMC也是多变量过程控制系统分析与设计的一种重要方法。IMC是一种实用性很强的控制方法，其主要特点是结构简单、在线调节参数少，特别是对于鲁棒性及抗扰性的改善和大时滞系统的控制效果更为显著。因此它不仅在慢响应的过程控制中获得到大量应用，在快响应的电机控制中也取得了良好的效果。经过二十多年的发展，IMC 方法不仅已扩展到了多变量和非线性系统，还产生了多种设计方法，主要有零极点对消法、预测控制法、针对PID控制器设计的IMC 法、有限拍法等。IMC与其他控制方法的结合也比较多，如自适应IMC，采用模糊决策、仿人控制、神经网络的智能型IMC等。已经证明，各类预测控制算法本质上都属于IMC 类，在其等效的IMC结构中只是其给定输入采用未来的超前值。这不仅从结构上说明预测控制为何具有良好的性能，而且为进一步的深入分析和改进提供了有力的工具。
九．结语
随着现代控制理论的迅速发展，各种先进控制策略、方法和技术已开始在过程工业中广泛应用。用先进控制改造传统的过程工业已成为现代工业企业提高经济效益的重要技术措施。现代复杂的工业生产过程，通过实施先进控制，可以大大提高工业生产过
程操作和控制的稳定性，改善工业生产过程
的动态性能，减少关键变量的运行波动幅
度，使其更接近于优化目标值，从而将工业
生产过程推向更接近装置约束边界条件下
运行，最终达到增强工业生产过程的稳定性
和安全性，保证产品质量的均匀性，提高目
标产品的收率，提高生产装置的处理能力，
降低生产过程运行成本以及减少环境污染
等目的。介绍常用的行之有效的一些先进控
制方法及其在工业中的应用。本文概述了先
进控制技术的基本内容，阐述了模型预测控
制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制和软
测量技术等理论的基本原理及常用的行之
有效的一些先进控制方法及其在工业中的
应用，并评述了当前国内外在先进控制软件
开发和应用方面的情况。随着人工智能理论
的突破性发展和控制理论和其它学科的交
叉渗透，先进控制技术将会得到更深层次的
发展，为企业带来更显著的经济效益。
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工业流程题 竞赛用
工业流程题 1. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与要点 在解这类题目时： 首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性 在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。 分析流程图需要掌握的技巧是： ①浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比 原料和产物； ②了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并 在下一步分析和解题中随时进行联系和调用； ③解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理 2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择）3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯） 4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律 主线主产品分支副产品回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯3. 原料预处理 除杂、净化 产品分离提 反应条件 原料循环利用 排放物的无 害化处理
先进过程控制
先进过程控制（APC） 随着我国经济体制的转变，国内的众多石化企业日益感受到国际间竞争所带来的活力和挑战。因此，积极开发和应用先进控制和实时优化，提高企业经济效益，进而增强自身的竞争力是过程工业迎接挑战 重要对策。 先进过程控制是对那些不同于常规单回路控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。由于先进控制的内涵丰富，同时带有较强的时代特征 。因此，至今对先进控制还没有严格的、统一的含义。尽管如此，先进控制的任务都是明确的，即用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。先进控制应用得当可带来显著的经济效益。在石化工业中，一个先进控制项目的年经济效益在百万元以上，其投资回收期一般在一年以内。丰厚的回报而引入注目。通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能，减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而将生产装置推至更接近其约束边界条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、 减少环境污染等目的。 从60年代初现代控制理论迅速发展以来，出现了一系列的优化控制和多变量控制算法，以及更晚些时候出现的自适应控制算法和鲁捧控制算法等，这些都属于先进控制。人们曾经希望开创一户现代控制理论应用的新时代，但自70年代以来，理论成果虽多，在过程控制的应用却不理想，原因有两个方面：（1）模型问题。像高斯干扰下的线性二次型控制（LQG）等现代控制理论的杰作都是基于模型的算法。尽管建模技术已有很大发展，白色、黑色、灰色的方法都有，但精确可靠的动态数学模型依然难得。 对象往往具有不确定性，使精确建模无法做到。 （2）认识问题。一个装置的控制，有各种可供选择的策略和算法，如果你的算法能得到合格的结果，那还要问一问，你的算法是否比其他算法更好？同时，控制效果即使提高，是否能产生实际效益？这样一 比，许多新算法的优越性都不见了。 目前，应用得比较成功的先进控制方法有预测控制和自整定控制等。 一、预测控制 从70年代中期发展起来的预测控制中，法国理查勒特等提出的模型预测启发控制基于脉冲响应；美国卡特勒等提出的动态矩车控制（DMC）则建立在阶跃响应基础上。他们在锅炉和分馏塔上的应用分别获得成功，引起工业界广泛兴趣。到80年代，英国的克拉克等以提出了广义预测控制（GPC），它建立在参数化模型的基础上。尽管预测控制算式形式多种多样，但都建立在下述三项基本原理基础上。 1、预测模型 预测控制是一种基于模型的控制算法，这一模型称为预测模型。对于预测控制来讲，只注重模型的功能，而不注重模型的形式，预测模型的功能就是能根据对象的历史信息和末来输入预测其末来输出。从方法的角度讲，只要是具有预测功能的信息集合，不论其有什么样的表现形式，均可作为预测模型。因此，状态方程、传递函数这类传统的模型都可以作为预测模型。对于线性稳定对象，甚至阶跃响应、脉冲响应这类非参数模型，也可直接作为预测模型使用。此外，非线性系统、分布参数系统的模型，只要具备上述功能，也可在对这类系统进行预测控制时作为预测模型使用。因此，预测控制打破了传统控制中对模型结构的严格要求，更着眼于在信息的基础上根据功能要求按最方便的途径建立模型。 预测模型具有展示系统末来动态行为的功能。这样，就可以利用预测模型来预测末来时刻被控对象的输出变化及被控变量与其给定值的偏差，作为确定控制作用的依据，使之适应动态系统所具有的存储性和 因果性的特点，得到比常规控制更好的控制效果。 2、滚动优化 预测控制的最主要特征是在线优化。预测控制这种优化控制算法是通过某一性能指标的最优来确定末来的控制作用的。这一性能指标涉及到系统未来的行为，例如，通常可取对象输出在未来的采样点上跟踪
工业流程类试题
化学化工流程类试题 典型的化学化工流程试题的鉴赏和突破 题型1 海水资源的利用 实质是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关实验基础知识、基本操作和技能。（1）制盐工业 [例1]粗盐中含有MgCl2、CaCl2等杂质，工业提纯粗盐的工艺流程如下图所示。 (1) Ca(OH)2溶液的pH________7( 填“ ＞” 、“ ＝” 或“ ＜”) 。步骤①反应的化学方程式为。 (2) 步骤③操作a 的名称是______。步骤④加入适量盐酸的目的是除去滤液中Na2CO3和__________。 (3) 若步骤①和步骤②的顺序颠倒，则最后所得的精盐水中还含有________________。 [例2] 某食盐样品中含有少量沙土、氯化钙和氯化镁。以下是除去食盐样品中沙土、氯化钙和氯化镁的实验流程。 根据流程图回答： (1) 操作Ⅰ的名称是______，加入的试剂A 是__________________，沉淀。 (2) 写出NaOH 与杂质反应的化学方程式：_______________________________； (3) 加入试剂B的目的是___________________________； (4) 蒸发结晶时用到玻璃棒的作用是___________________________________。 （2）海水提取金属镁 [例3]海水中有大量可以利用的化学资源，例如氯化镁、氯化钠、溴化钾等。综合利用海水制备金属镁的流程如下图所示： (1) 贝壳主要成分的化学式是__________。 (2) 操作a 的名称是________，在实验室中进行此项操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、。 (3) 工业冶炼镁常用电解MgCl2的方法，反应为MgCl2电解 Mg＋_____。
“工业搅拌过程”控制系统设计
“化工混料过程”控制系统设计 1 分析研究被控对象与明确控制任务 1.1分析研究被控对象 图1.1.1是一个典型的化工混料过程，两种配料（配料A和配料B）在一个混合罐中由搅拌器混合，混合后的产品通过一个排料阀排出混料罐。 图1.1.1 搅拌系统示意图 系统中各个区域被控对象的工艺要求描述如下： 配料A和配料B区域： z每种配料的管道都配备有一个入口阀、一个进料泵以及一个进料阀； z进料管安装有流量传感器； z当急停按钮被按下时，进料泵运行立即停止； z当罐的液面传感器指示罐满时，进料泵运行立即停止； z当排料阀打开时，进料泵运行立即停止； z在启动进料泵后最开始的1秒中内必须打开入口阀和进料阀。 z在进料泵停止后（来自流量传感器的信号）阀门必须立即被关闭以防止配料从泵中泄露。 z进料泵的启动与时间监控功能相结合，换句话说，在泵启动后的7秒之内，流量传感器会报告溢出。
z当进料泵运行时，如果流量传感器没有流量信号，进料泵必须尽可能快地断开。 z进料泵启动地次数必须进行计数。（维护间隔） 混合罐区域： z当急停按钮被按下时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z当罐的液面传感器指示“液面低于最低限”时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z当排料阀打开时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z搅拌电机在达到额定速度时要发出一个响应信号。如果在电机启动后10秒内还未接收到信号，则电机必须被断开。 z必须对搅拌电机的启动次数进行计数（维护间隔）。 z在混合罐中必须安装三个传感器： ――罐装满：一个常闭触点。当达到罐的最高液面时，该触点断开。 ――罐中液面高于最低限：一个常开触点。如果达到最低限，该触点 关闭。 ――罐非空：一个常开触点，如果罐不空，该触点闭合。 排料区域： z罐内产品的排出由一个螺线管阀门控制。 z这个螺线管阀门由操作员控制，但是最迟在“罐空”信号产生时，该阀门必须被关闭。 z当急停按钮被按下时，打开排料阀必须被锁定。 z当罐的液面传感器指示罐空时，打开排料阀必须被锁定。 z当搅拌电机在工作时，打开排料阀必须被锁定。 1.2明确控制任务 该“工业搅拌过程”是一个典型的顺序控制，本次设计，准备采用“上位机监控” + “下位机控制” + “操作面板”的方式对整个“工业搅拌过程”进行控制。
工业流程
呈现形式：流程图、表格、图像 设问方式：措施、成分、物质、原因 能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力 知识落点：基本理论、元素化合物、实验 无机工业流程图题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。 【例题】某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下： 原料：矿石（固体） 预处理：酸溶解（表述：“浸出”） 除杂：控制溶液酸碱性使金属离子形成沉淀 核心化学反应是：控制条件，调节PH，使Mg2+全部沉淀 1. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与要点 在解这类题目时： 首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性 在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。
分析流程图需要掌握的技巧是： 浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物； 了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用； 解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理 2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择） 3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯） 4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用） 5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律 主线主产品分支副产品回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯 3.工业生产流程主线与核心
工业过程控制系统发展与趋势交大理工
华东交通大学理工学院 Institute of Technology. East China Jiaotong University 课程（论文） 题目工业过程控制系统发展与趋势 分院：电信分院 专业：电力牵引与传动控制 班级：12电牵1班 学号： 学生姓名： 指导教师：李杰 起讫日期：2015.11-2015.12
摘要 工业自动化技术的应用与发展，是工业技术改造﹑技术进步的主要手段和技术发展方向。本文主要介绍了工业自动化技术的特点及其对现阶段我国产业结构优化升级的重大推动作用。 关键词：工业自动化技术；技术进步；产业结构
Abstract The application and development of industrial automation technology is the main method and technology development direction of industrial technological transformation and technological progress. This paper mainly introduces the characteristics of industrial automation technology and its important role in promoting China's industrial structure optimization and upgrading at present. Key words: industrial automation technology; technological progress; industrial structure
工业过程与过程控制4单元课后习题
第4章 1、基本练习题 （1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？ 目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？ Q：1）被控过程的特性：被控过程输入量与输出量之间的关系。2）被控过程的数学模型：被控过程的特性的数学描述，即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述。3）研究过程的数学模型的意义：是控制系统设计的基础；是控制器参数确定的重要依据；是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件；是设计与操作生产工艺及设备时的指导；是工业过程故障检 测与诊断系统的设计指导。4）主要方法：机理演绎法、试验辨识法、混合法。 （2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？ Q：试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态；相同条件下应重复多做几次试验； 分别作正、反方向的阶跃输入信号进行试验；每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来 的工况并稳定一段时间再做第二次试验；输入的阶跃幅度不能过大也不能过小。 （4）图4-30所示液位过程的输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻。要求：1）列写该过程的微分方程组。2）画出该过程框图。3）求该过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。 q q q C 123d h dt Q：1）微分方程组：q 2 h R 2 q 3 h R 3 2)过程框图：
3）传递函数：0 1 G (s) H (s) / Q (s) Cs 1 1 1 R R 2 3 （5）某水槽水位阶跃响应的试 验记 录为： t/s 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 ? h/mm 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 ?98 其中阶跃扰 动 量u 为稳态 值 的10%。 1）画出水位的阶跃响应标幺值曲线。2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益 K 和时间常数T。 Q：1）阶跃响应标幺值0 y (t) y(t) y(t) y( ) 98 ，图略。 2 ）一阶惯性环节传递函数：G( s) K T s 1 ，又u =10%*h( ∞)=9.8 ，放大系数 K= y( ) 98 u 9.8 10 ，时间常数T=100s，是达到新的稳态值的63%所用的时间。 （6）、有一流量对象，当调节阀气压 改 变0.01MPa时，流量的变化如表。 若该对象用一阶惯性环节近似，试确定 其传递函数。 解：方法一：作图得，T1=5.2S; 方法二： T 2 1.5(t0.632 - t 0.283 ) 1.5 * (5.2 - 1.9) 4.95 我们用两种方法求平均：
工业过程控制系统(DCS)
工业过程控制系统(DCS) ?西门子PCS7系统介绍 ?PCS7系统高达的应用 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 西门子PCS7系统介绍 西门子为了应对制造业、过程工业和楼宇自动化行业中的挑战，提出了自己的独特解决方案—全集成自动化（TIA）和全集成能源管理（TIP）的驱动与自动化的解决方案，适用于各种行业。 SIMATIC PCS7过程控制系统是全集成自动化（TIA）的核心部分，为生产、过程控制和综合工业中所有领域实现统一且符合客户要求的自动化平台。 通过采用 SIMATIC PCS 7 的全集成自动化解决方案，可实现一致性的数据管理、通讯和组态，性能优异并可前瞻性地确保满足典型的过程控制系统应用需求。 ?简单而可靠的过程控制 ?用户友好的操作和可视化，并可通过因特网实现 ?系统范围内功能强大、快速、一致性的工程与组态 ?系统范围内的在线修改 ?在各个层级的系统开放性 ?灵活性和可扩展性 ?与安全相关的自动化解决方案 ?广泛的现场总线集成 ?仪表与控制设备的资产管理（诊断、预防性维护和维修） 1. PCS7工程组态系统—ES SIMATIC管理器是工程组态控制的控制中心，是工程组态工具套件的综合平台，同时也是SIMATIC PCS7过程控制系统所有工程组态任务的组态基础。SIMATIC PCS7项目各个方面的创建、管理、归档和记录都在这里进行。
第四讲 先进过程控制技术
第四讲先进过程控制技术 1工业生产过程的先进控制 1.1先进控制的概念 现代控制理论和人工智能几十年的发展已为先进控制奠定了应用理论基础，而DCS的普及与提高，则为先进控制的应用提供了强有力的硬件和软件平台。企业的需要、控制理论和计算机技术的发展是先进控制（Advanced Process Control）发展强有力的推动力。 先进控制是对那些不同于常规单回路PID控制，并具有比常规PID控制更好控制效果的控制策略的统称。先进控制的任务是用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。其主要特点如下： ①与传统的PID控制不同，先进控制是一种基于模型的控制策略，如模型预测控制和推断控制等。目前， 基于知识的控制，如智能控制和模糊控制，正成为先进控制的一个重要发展方向。 ②先进控制通常用于处理复杂的多变量过程控制问题。如大时滞、多变量耦合、被控变量与控制变量存 在着各种约束等。 ③先进控制的实现需要足够的计算能力作为支持平台。随着DCS功能的不断增强，更多的先进控制策 略可以与基本控制回路一起在DCS上实现，有效地增强先进控制的可靠性、可操作性和可维护性。 从全厂综合自动化的角度看，先进控制恰好处在承上启下的重要地位。性能良好的先进控制是在线优化得以有效实施的前提，进而可将企业领导者的经营决策、生产管理和调度的有关信息及时落实至全厂生产装置的实际运行中，并可真正实现全厂综合优化控制。 1.2先进控制的核心内容 作为一个整体，先进控制系统应包括从数据采集处理、数学模型建立、先进控制策略到工程实施的全部内容。 1.2.1数据的采集、处理和软测量技术 利用大量的实测信息是先进控制的优势所在。由于来自工业生产现场的过程信息通常带有噪声，数据采集时应作滤波处理，采集到的数据还应进行过失误差的检测与识别和过程数据的有效性检验及数据调理工作，这是先进控制应用的重要保障。 基于可测信息和模型，实时计算不可测量的变量，即软测量技术，是先进控制中不可缺少的内容。 1.2.2多变量动态过程模型辨识技术 获取对象的动态数学模型是实施先进控制的基础。实际工业过程模型化是一项专门的技术，它涉及到过程动态学、系统辨识、统计学以及人工智能等多种知识。目前类似模型预测控制这样的先进控制策略均采用工业试验的方法来获取控制模型，而机理模型和智能模型建立也有望成为有效的控制模型。 1.2.3先进控制策略 先进控制采用了合理的控制目标和控制结构，可更好地适应工业生产过程的需要。先进控制主要解决： ①个别重要过程变量控制性能的改善，主要采用单变量模型预测控制与原控制回路构成所谓的“透明控 制”的方式 ②解决约束多变量过程的协调控制问题，主要采用带协调层的多变量预测控制策略 ③推断质量控制，利用软测量的结果实现闭环的质量卡边控制。涉及到的主要控制策略有模型预测控制、 推断控制、协调控制、质量卡边控制、统计过程控制，以及模糊控制、神经控制等。 1.2.4先进控制的实施 先进控制在实施时需要解决许多具体的工程问题：
流程工业过程控制综合实验装置系统方案
流程工业过程控制综合实验装置系统方案
流程工业过程控制综合实验(装置)系统 设 计 方 案 安徽工业大学 杭州电子科技大学
流程工业过程控制综合实验系统 1、典型化工流程过程控制综合实验系统的组成 典型化工流程过程控制综合实验系统由：（1）、典型化工流程过程控制综合实验对象系统；（2）、典型化工流程过程控制综合实验系统检测传感执行装置；（3）、智能仪表及电器控制屏台；（4）、典型化工流程过程控制综合实验DCS控制系统组成。 （1）典型化工流程过程控制综合实验对象 系统结构图见化工过程控制实验装置系统结构图。 典型化工流程过程控制综合实验对象系统采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放式，学生可进入系统操作。 对象系统由：实验控制对象仿工业设备结构。具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括：●框架系统：3000X2000X2800mm;（100×50×4mm 方钢管，50×5角铁，60×6槽钢，扶手护栏：1 寸及4分钢管）。防锈红丹底漆，喷烤漆处理。 ●反应器：采用蒸馏反应釜：不锈钢，高径比分别
为1: 2（内胆配置冷却盘管、耐压0.6MPa、夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆） ●液位容器：采用￠377X800，及￠300X800不锈 钢密闭容器作为两个高位槽储罐. ●加热容器：￠377X800加热炉(外带不锈钢包裹 的硅酸铝保温棉)； ●压力容器：采用工业￠300X1000的工业压力储 罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做压力控制实验： ●换热器：采用￠1597X1000工业标准列管换热 器，换热效果明显； ●滞后盘管：温度滞后控制实验用（滞后时间15 秒） ●管道及阀门：DN25和DN20工业不锈钢管道；永 德信铜球阀及闸阀阀门。 （2）典型化工流程过程控制综合实验对象系统工艺流程 系统结构图见化工过程控制实验装置控制系统流程图
工业过程控制教材
1、（本题15分）试画出IMC 的基本结构框图，详细解释在对象模型精确条件下如何保证该控制系统的 稳定性？试给出一种增强系统鲁棒性的改进IMC 方案并举例说明。 答： 如果对象模型精确的话，那么00 ?()()G z G z =，并且除去外界干扰的话，()0m D z =，所以()R z 是不变的。如果有干扰的话，()()m D z D z =即()()R z D z -来减少输入，以使()Y z 趋于稳定。 令() ()?1()() c i p c G z G z G z G z = +，用()i G z 来完全补偿扰动对输出的影响，()i G z 相当于一个扰动补偿器或 称前馈控制器。且当0 ?()G z 不能精确描述对象，即模型存在误差时，扰动估计量()m D z 将包含模型失配的某些信息，从而有利于系统的鲁棒性设计。
2、（本题15分）画出动态矩阵控制的算法结构框图，试述其工作过程以及DMC 算法离线准备的参数和 这些参数的选取原则。 答： 工作过程：输入()u k 通过预测模型预测未来几个输出值，我们一般取第一个值，与当前的输出值进行在 线校正，且校正后的值()c y k i +，输出值和给定值通过参考模型也给出一个值()r y k i +，把 ()c y k i +与()r y k i +进行比较，把它们之间的误差通过优化计算来改变输入值()u k ，从来对模型 的失配与干扰的影响在()u k 的变化上体现出来，从而使()y k 有很强的鲁棒性。 DMC 算法离线准备的参数和这些参数的选取原则 1、 脉冲响应系数长度N 的选择 如果采样周期短，则N 会相应的增大。且N 可适当选得大一些，但N 太大会增加预测估计控制的计算量和存储量。通常N=20~60为宜。 2、 输出预估时域长度P 的选择 通常P 越大，预测估计的鲁棒性就越强。但相应的计算量和存储量也增大。一般，设置P 等于过程单位阶跃响应达到其稳态值所需过渡时间的一半所需的采样次数。 3、控制时域长度M 的选择 M 越大，系统的鲁棒性也就越弱。M 不宜选得太大，一般M 取小于10为宜。 4、参考轨迹的收敛参数α的选择 α越大，系统预测控制的鲁棒性越强，但导致闭环系统的响应速度变慢。相反，α过小，过渡过程较易
东北大学-复杂工业过程的智能检测与先进控制装置
“985工程” 流程工业综合自动化科技创新平台学术方向建设《项目指南》（第一批） 学术方向:复杂工业过程的智能检测与先进控制装置 责任教授： _____ 王福禾U 流程工业综合自动化科技创新平台
二OO六年五月二十八日
一、研究方向支持的主要领域检测与先进控制资助检测技术与自动化装置、先进控制技术及相关交叉学科领域的基础理论和关键技术研究，主要资助以下研究主题： 1）复杂过程建模与优化； 2）连铸生产过程参数专用检测技术； 3）复杂过程故障检测及诊断； 4）多总线系统集成设计理论及应用； 5）过程控制器的评估理论及方法； 6）不确定性时滞系统的鲁棒故障辨识； 7）多智能体控制策略； 8）容错控制技术； 9）气力输送粉体流动参数可视化监控系统； 10）粉尘浓度在线检测技术。 二、研究方向建设的总体目标 1）凝炼检测技术与先进控制学术方向，将其建设成为国际先进、国内领先的学术方向； 2）形成一支以责任教授为核心、以国家自然科学基金获得者为主要学术骨干、以创新团队为核心的年龄和知识结构合理的基础研究与应用研究相结合的研究队伍； 3）取得一批代表性的具有国际先进水平的科研成果； 4）申请省级自然科学基金、国家自然科学基金等5 项以上； 5）在国内一级期刊及国际杂志上发表论文70篇以上，被三大检索收录47 篇以上； 6）培养博士研究生18名以上，硕士研究生70 名以上。 三、建议课题 课题1：复杂过程建模与控制 1.1、研究目的与意义：系统建模是控制理论研究的一个重要分支，它是控制系统设计的基础。随着控制过程复杂性的提高，控制理论的应用日益广泛。神经网络领域取得的研究成果，给非线性系统的建模提供了一定的途径。目前，基于神经网络的建模方法尚处于探索阶段，这就需要我们做进更深、更广的研究，以使其逐渐趋于完善。虽然，从理论上来讲，神经网络具有逼进任意非线性函数的能力，但直接将其应用于复杂生产过程的建模还存在许多问题。因此，本课题组针对复杂过程，针对基于神经网络的各种混合建模方法进行深入研究。通过该课题的研究，使得神经网络在复杂系统建模这一方向上达到一定的学术水平，并利用已有的生物发酵实验装置、注塑成型装置对提出的建模方法进行不断的改进和完善，整理出一批有价值的学术论文，在重要的国际、国内学术会议和刊物上发表。研究出适合于复杂系统建模及控制的应用软件包，并将其推广应用于实际的过程，产生一定的经济效益和社会效益。 随着现代工业技术的进步，工业生产逐步向综合化方向发展，生产规模越来越大，流程日益复杂。为保证生产过程安全平稳、高效低耗、运行于最佳工况，就必须提高生产过程的优化控制水平。所
过程控制工程孙洪程答案
过程控制工程孙洪程答案 【篇一：过程控制工程教学大纲】 xt>过程控制工程 （process control engineering） 课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术 学时分配：课程总学时：60学时其中理论课学时：60学时；实验 课学时：0学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理 与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇， 翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社， 2013 年12月重印 参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社 2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业 出版社 一、课程的目的与任务 过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究 工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。 随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工 业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求 也随之提高。作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以 及工业过程控制系统的设计，投运的课程-----过程控制工程也越来越 受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。 本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系 统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置 的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参 数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的 基础。 二、课程的基本要求 本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内 容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突 出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿 领域的了解。
工业过程控制工程课件--工业过程控制工程常用英语词汇(精品范文).doc
【最新整理，下载后即可编辑】 《工业过程控制工程》 常用英语词汇
摆Pendulum 泵Pumps 变速泵variable-speed Pumps 定排量泵positive-displacement Pumps 计量泵metering Pumps 离心泵centrifigal Pumps 闭合回路Closedloop 反馈～feed back ～ 前馈～feedforward～ 比例带Proportionalband 比例控制(调节) Proportionalcontrol 液位～～of liquid 1evel 比例—时间控制Proportional-time control 比值单元Ratio station 比值控制Ratio control 燃料—空气～～of fuel and air 变量配对Pairing variables 精馏过程的～～in distillation 变送器误差Transmitter error 变送器增益Transmitter gain 标准差Standarddeviation 波形Waves 采样正弦波sampled sine～ 方波square～ 截顶正弦波clippedsinc 锯齿波saw-tooth ～ 三角波triangular～ 正弦波sinc～ 补偿反馈complementaryfeedback(seeModel-basedcontroller) 不对称调节器Asymmetric controller
不稳定过程Unstate process Cv：阀门流量系数flow coeffient of valve 采样环节Sampling element 采样间隔Sample interval 采样调节器Sampling controller 残差，偏差Offset 比例～proportional～ 串级控制的～～in cascade control 积分(累积)～integral 批量过程的～～in batch processes 前馈系统的～～in feed forward systems 数字控制的～～in digital control 死区的～～in dead zone 体积～volume～ 选择性控制的～～inselectivecontrol 测试方法Test procedures 非线性环节的～～for nonlinear elements 批量过程的～～for batch processes 适应性控制的～～in adaptive control 差动间隙(见“滞环") Differential gap(see Dead band) 差分方程Difference equations 差压测量Differential-pressure measurments 精馏过程的～～in distillation 流量的～～in flow 压缩机的～～in compressors 产品质量控制Product-qualitycontrol 超驰(也见“选择性控制") Over rides(see Selective contro1) 超调，超调量Overshoot 批量过程的～～inbatch processes 自整定调节器的～～withself-tuingcontrollers
工业流程含答案
工业流程专题复习 一、解题思路与策略 粗读流程懂目的→精读问题解题意→迁移知识解问题→规表达写答案 通常所考虑的答题角度 1、溶液呈酸性或碱性：考虑电离或水解产生H+或OH-、是否促进或抑制电离还是水解。 2、利用率：常考虑经济性或成本、环保性。 3、在空气或在其它气体中：主要考虑气体是否参与反应或达到隔绝防氧化、水解、潮解等 目的。 4、判断沉淀是否洗净：常取最后洗涤液少量、检验其中某种离子。 5、检验某物质的设计方案：仪器→试剂（用量和规格）→操作→现象→结论 6、控制某一温度：常考虑物质的挥发、不稳定而分解、物质转化等 7、用某些有机试剂清洗：常考虑降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等 8、加过量试剂：常考虑反应完全转化或增大转化率、产率等 9、能否加其它物质：常考虑会不会引入杂质或影响产物的纯度 10、分离、提纯：常考虑过滤、蒸发、萃取、蒸馏等常规操作。 二、产品预处理 例1：海带提碘为什么要将海带灼烧成灰？ 把难溶的有机碘转化为易溶的I-。 然后将海带灰溶解煮沸2-3min的原因是 加快的I-溶解，使海带灰中的I-充分溶解。 练习：1. 某研究小组测定菠菜中草酸及草酸盐含量（以C2O42-计），实验步骤如下： ①将菠菜样品预处理后，热水浸泡，过滤得到含有草酸及草酸盐的溶液。 (1)步骤①中“样品预处理”的方法是___________。（A．灼烧成灰B．研磨成汁） 2.碳酸锂广泛应用于瓷和医药等领域。已-锂辉石（主要成分为Li2O.Al2O 3.4SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下： (1)步骤I前，β-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是____ ____________ （2）步骤III中，生成沉淀的离子方程式为__________ ______。能生成沉淀的原因是 （3）从母液中可回收的主要物质是__________________。 （1）增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率。 （2）2Li2SO4+Na 2CO3=Li2CO3↓+ Na 2 SO4；碳酸锂的溶解度小于硫酸锂的溶解度。（3）Na2SO4 3．废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等）可通过下列方法
先进控制在过程工业的应用
先进控制在过程工业的应用Application of advanced process control in process industry 摘要：随着现代控制理论的迅速发展，各种先进控制策略、方法和技术已开始在流程工业中广泛应用，其中鲁棒控制软测量技术，模糊控制都是精化，预测工业控制的重要手段。本文举例说明了先进控制技术在各种过程工业中的应用，简述了先进控制技术的优点，在分析工业过程特点的基础上，总结了工业过程先进控制的发展现状，阐述了控制器参数整定和模型预测控制的基本概念和内容。 关键词：工业过程；先进控制；模型预测控制；自适应控制；鲁棒控制；智能控制；软测量技术；内模控制；先进控制软件 Abstract：With the rapid development of modern control theory，some advanced process control strategies，methods and technology has been widely applied in process industry，the robust control soft measurement technique and fuzzy control are refined，prediction of industrial control is an important means of. The paper illustrates the advanced control technology in the process of industrial application，the advantages of advanced control technology in the analysis，based on the characteristics of industrial process，summed up the development of advanced control of industrial process，elaborated the controller parameter tuning and model predictive control of the basic concept and content of. Keywords：Industrial process；advanced control; model predictive control; adaptive control; robust control; intelligent control; soft measurement; internal model control; advanced control software 一．前言 什么是先进控制（Advanced Process Control，简称APC ）先进控制是对那些不同于常规控制，并具有比常规PID控制更好的控制效果的控制策略的统称，而非专指某种计算机控制算法。但至今对先进控制还没有严格的、统一的定义。尽管如此，先进控制的任务却是明确的，它是用来处理那些采用常规控制效果不好，甚至无法控制的复杂工业过程控制的问题。通过实施先进控制，可以改善过程动态控制的性能、减少过程变量的波动幅度，使之能更接近其优化目标值，从而使生产装置在接近其约束边界的条件下运行，最终达到增强装置运行的稳定性和安全性、保证产品质量的均匀性、提高目标产品收率、增加装置处理量、降低运行成本、减少环境污染等目的。现代复杂的工业生产过程，通过实施先进控制，可以大大提高工业生产过程操作和控制的稳定性。先进控制，内容丰富，涵盖面广，包括预测控制、自适应控制、鲁棒控制、智能控制和软测量技术等。 二．模型预测控制
工业过程控制考试知识点总结
第1章 1. 系统动态性能的常用单项指标有哪些？这些指标那些分别属于稳定性、准确性和快速性？会计算给定值单位阶跃响应下的性能指标。P8，9，10 解：单项性能指标主要有：衰减比n 、超调量与最大动态偏差A 、静差C 、调节时间T S 、振荡频率w 、振荡周期T 和峰值时间T P 等。 稳定性：衰 减 比，最大动态偏差。 准确性：静 差，最大动态偏差。 快速性：调节时间，振 荡 频 率 。 1y 为第一个波峰值，y 3为与1y 相邻的同向波峰值，y （∞）为最终稳态值,X 1为设定值。 n=1y ：y 3；1100%() y y σ=?∞；A=最高峰-设定值；C=丨X 1-y （∞）丨;T 为相邻两个同向波峰之间的时间间隔。 2. 典型过程控制系统由哪几部分构成，并画出典型过程控制系统方框图？ 解：测量变送器、控制器、执行器和被控对象. 第2章 1. 热电偶的中间温度定律及中间导体定律？什么是热电偶冷端补偿？常用补偿方法的应用场合？补偿导线的作用？ 解：中间温度定律：E AB (t ，t o )=E AB (t ，t n )+E AB (t n ，t o ) 中间导体定律：在热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度 相同，则对热电偶的热电动势没有影响。接入多种导体时亦然。 热电偶冷端补偿：实际应用时热电偶冷端温度波动较大给测量带来误差，为 降低影响，通常用补偿导线作为热电偶的连接导线。 补偿导线的作用：将热电偶的冷端延长到距热源较远且温度比较稳定的地 方。 常用补偿方法的应用场合： （1）查表法。只能用于临时测温。 （2）仪表零点调整法。适宜冷端温度稳定的场合。 （3）冰浴法。一般用于热电偶的检定。 （4）补偿电桥法。广泛用于热电偶变送电路中。
工业生产过程自动化技术及安全控制
编订：__________________ 审核：__________________ 单位：__________________ 工业生产过程自动化技术 及安全控制 Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-7680-32 工业生产过程自动化技术及安全控 制 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 自19世纪世界工业革命以后，工业生产过程由简单到复杂，规模由小到大。至今，已有各种各样的工业生产过程，生产出多种多样的产品满足人们的生产需要。作为工业生产过程一部分的工业过程控制系统也在不断发展和提高。 自动化仪表技术的发展 在工业安全生产过程，通常需要测量和控制的变量有：温度、压力、流量、液面、称重、电量(电流、电压、功率)和成分等。这些变量的测量和控制随着电子技术、计算机技术以及测量技术的不断发展，虽然其基本测量原理变化不大，但是信号置换、显示和控制装置的变化十分迅速。最近50年，工业自动化仪表从气动仪表到电动仪表，从现场就地控制到中央控制
室控制，从在仪表屏上操作到用计算机操作站(CRT)操作，从模拟信号到数字信号等，其发展和变化十分惊人，如表1—1所示。 20世纪50年代是电子真空管时代，工业生产过程规模比较小，所用的仪表与控制系统都比较简单且粗笨，多用气动仪表进行测量与控制，采用o．2—1．Okgf／cm2(3—15psi)气动信号作为统一标准信号，记录仪是电子管式的自动平衡记录仪。控制系统为就地式的简单装置。 到了20世纪60年代，随着工业规模的不断扩大，特别是石油化2E212业的迅速发展，工业生产过程要求集中操作与控制。在这期间，半导体技术有了迅速的发展，自动化仪表开始用电动仪表，电子管由晶体管代替，开发出以半导体分立元件制造的电动Ⅱ型仪表，统一信号标准为０～10mA。采用中央仪表控制室对工业生产过程进行操作、监视和控制，同时，计算机开始在工业生产过程中应用，实现直接数字控制(DDC-Directly DigitalComtrol)。进入20世纪