《自動化專業(yè)英語》前兩章翻譯 王樹清 化學(xué)工業(yè)出版社出版

1、1.1介紹過程控制1.近年來，對過程系統(tǒng)的性能改善需求變得越來越困難.更為激烈的競爭，更加嚴(yán)格的環(huán)境和安全規(guī)范，以及快速變化的經(jīng)濟(jì)條件都是加強(qiáng)工廠產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)范的關(guān)鍵因素2.更為復(fù)雜的情況是，由于現(xiàn)代制造業(yè)朝著規(guī)模更大集成度更高的方向發(fā)展而使不同的加工環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)能力更低所以加工過程更難控制.在這種工廠中，要想讓一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題不對其相連的另一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)產(chǎn)生影響幾乎是不可能的.3.近年來，考慮到工業(yè)制造逐漸加強(qiáng)的安全、高效需求，過

2、程控制這個課題變得越來越受重視.實際上，對于大多數(shù)現(xiàn)代工業(yè)，要滿足安全、高效，產(chǎn)品質(zhì)量的要求，沒有控制系統(tǒng)是不可能的.1.1.1說明性的例子1.圖1.1.1所示的連續(xù)加熱攪拌器可以作為過程控制的典型例子.輸入液態(tài)流體的質(zhì)量流量率為w，溫度為Ti.槽內(nèi)成分?jǐn)嚢杈鶆?，并且用電加熱器，功率為Q瓦特.2.假設(shè)輸入和輸出流量率是相等的，并且液體密度保持恒定，也就是說溫度變化足夠小，密度對溫度的影響可以忽略不計.在這些條件下，槽內(nèi)液體的體積保持恒定

3、3.加熱攪拌器的控制目標(biāo)是保持輸出溫度T在一個恒定參考值TR上.參考值在控制術(shù)語中指的是給定值.下面我們考慮兩個問題.把加熱攪拌器內(nèi)的液體從輸入溫度Ti加熱到輸出溫度TR，需要多少熱量？1.要確定達(dá)到設(shè)計運行條件下的熱量需求，我們需要寫下槽內(nèi)液體的穩(wěn)定能量平衡式.在寫平衡式之前，假設(shè)槽內(nèi)是完美攪拌的，同時忽略熱損耗.2.在這些條件下，槽內(nèi)成分的溫度保持一致，因此，輸出溫度等于槽內(nèi)液體溫度.根據(jù)穩(wěn)態(tài)能量守恒，加入的熱量等于輸入和輸出流體之

4、間的焓變化量.3.在一個分別表示TiTw和Q的穩(wěn)定設(shè)計標(biāo)定值，C是液體的比熱.我們假設(shè)C是恒定的.在設(shè)計條件下，.將其代入方程（1），可以得到標(biāo)定熱量輸入為1.方程（2）是加熱器的設(shè)計方程.如果我們的假設(shè)是正確的，同時輸入流量和輸入溫度等于他們的標(biāo)定值，那么有方程（2）給出的輸入熱量將使輸出溫度保持在期望值TR.但是，如果給定條件變化，會產(chǎn)生什么樣的結(jié)果呢？這給我們帶來第二個問題：2.問題2.假設(shè)輸入溫度Ti隨時間變化.我們?nèi)绾未_保溫度

5、T保持或靠近給定值TR？最為一個特殊的例子，假設(shè)Ti增加到一個大于的值.如果Q保持在標(biāo)定值上恒QwTTiRTT?:Q)(iRTTCwQ??此，對于加熱攪拌器來說，如果T太高，我們將減少輸入Q（負(fù)反饋），而不是增加輸入熱量Q（正反饋）.1.方法2和4都是前饋控制策略.這里，擾動變量Ti是被測量的，并且用于操作輸入熱量Q或輸入流量w.注意的是，在前饋控制中，被控變量T是沒有被測量的.2.方法5是前饋反饋控制策略，因為它是方法1和2的綜合.同

6、樣地，方法6也是前饋反饋控制策略，因為它是方法3和4的綜合3.方法7和8包含了設(shè)備的設(shè)計變化，因此并不是真正的控制策略.注意方法7有點不合適因為它涉及到在加熱攪拌器的入口通道中添加一個熱交換器而加熱攪拌器本身的設(shè)計功能就是個熱交換器.加熱攪拌器的控制策略在表格1.1.1中做了總結(jié).1.到目前為止，我們僅僅考慮了Ti波動這一種干擾源.我們也應(yīng)該考慮其他過程變量干擾的可能性如會影響槽中散熱量的環(huán)境溫度.2.回憶一下前面我們假定熱損失是可忽略

7、的.過程設(shè)備的變化是另一個可能的干擾源.例如，加熱器的特性會因為液體結(jié)垢而隨時間變化.考察這些不同類型的干擾對前饋和反饋控制策略的影響是有益的1.首先，考慮方法2中的前饋控制方法在這種方法中測量的是干擾Ti，并且測量用于調(diào)整可操作量Q.從理論上講，盡管存在干擾Ti這種控制方案有能力保持被控變量精確在給定值TR2.在理想情況下如果對Ti的精確的測量是可能的并且以一種合適的方法對Q進(jìn)行調(diào)整，那么加熱器的校正作用將在T被影響以前就抵消干擾的影

8、響.如此而言從維持被控變量在給定值的意義上講前饋控制原則上能夠提供完美(無差，沒有誤差)的控制.1.但是如果干擾源來自其他過程變量這種前饋控制的策略如何發(fā)揮作用呢？特別地假如流量w不能維持恒定，而是隨時間變化.在這種情況下，w被看作是一個擾動變量.2.如果w增加出口溫度T將減少除非加熱器提供更多的熱量.然而在方法2的控制策略中只要Ti不變熱量輸入值Q就維持恒定.因此對沒有測量的流量擾動就不會采取校正動作.3.原則上說處理這種情況我們可以

9、同時測量Ti和w然后調(diào)整Q來同時補償這兩種擾動.然而從實際出發(fā)試圖測量所有潛在的干擾一般來說是昂貴的.既然反饋控制可以對未知的干擾提供校正動作采用前饋和反饋組合的控制策略將更加實際正如我們下面將要討論的那樣.4.因此在工業(yè)應(yīng)用中前饋控制一般是和反饋控制結(jié)合使用的.1.下面我們考慮擾動Ti或w出現(xiàn)的情況下，方法1的反饋控制如何實行.如果采用方法1校正動作只有在干擾已經(jīng)影響了過程之后發(fā)生，也就是說直到T偏離了TR之后.2.既然在校正動作產(chǎn)生