自动化专业外语第三版部分翻译

.第1章工业过程控制原理问题1.多少热量必须被供应到搅拌槽加热器加热的液体从入口温度T,的出口温度TR？要确定所需的热量输入,为设计工况条件下,我们需要写一个稳态能量平衡的液体在槽中.在写这种平衡,它假定槽被完全混合,听到的损失是可以忽略不计.在这些条件下有内的排名的内容是没有温度梯度,因此,出口温度与槽中的液体的温度相等.一个稳态能量平衡槽明确添加的热等于焓变化之间在入口和出口流：Q=WC〔T-Ti〕的〔1.1.1〕其中,Ti的Tw和Q表示体的Tw和Q的额定稳态设计值.和C是比热的液体.我们假设,C为常数.在设计条件下,T=TR〔设定点〕.这种替代式.〔1.1.1〕给出的表达式或标称输入热量Q=WC〔TR-T〕〔1.1.2〕等式〔1.1.2〕是对听者的设计等式.如果我们的假设是正确的,如果在入口流率和入口温度等于其标准值,然后由方程给出的热输入.〔2〕的出口温度保持在所需的值,TR.但是,如果条件发生变化吗？这给我们带来了第二个问题：问题2.假设入口温度Ti随时间的变化.我们怎样才能保证T保持在设定点附近TR吗？作为一个具体的例子.承当的Ti提高到一个新的值大于Ti平均值,如果Q是保持不变的人的名义Q值,我们知道,出口温度将增加,使T>TR.〔cf.Eq.〔1.1.1〕〕.为了对付这种情况,也有一些可能的策略用于控制退出温度T.T和调Q.的一种方式控制T,尽管这件T干扰.调Q根据T.直观地测量,如果T是太高,我们应该减少Q;

T是太低了,我们应加大控制策略往往会问：这移动Ţ朝向的设定点〔TR〕和可以在许多不同的方式实施.例如,工厂操作员可以观察测得的温度,并比拟测量值到TR.然后,操作员会以适当的方式变化q.这将是一个手动控制的应用.但是,它可能会更方便,更经济,有这个简单的控制任务的电子设备,而不是一个人,那就是,利用自动控制自动执行.方法2.测量Ti平均值,调整Q：相比于方法l的替代,我们可以测量变量T和相应的调整Q.因此,如果Ti大于Ti平均值,我们将减少Q;为Ti平均值<Ti,我们将设置Q>Q的平均值.1.2.2效果反响稳定性1.稳定性是描述系统是否能够跟踪输入命令或是否有用的概念2.非严格地,如果一个系统的输出失去了控制,我们就说它是不稳定的3.为了研究反响对稳定性的影响,我们可以再次观察等式〔1〕.如果GH=-1〔称为负一〕,对于任何输入,系统的输出都是无穷大,这样的系统是不稳定的4.因此,我们说反响可以使原来稳定的系统变得不稳定5.当然,反响是一柄双刃剑,当使用不当时,将会产生坏的作用6.然而需要指出的是,我们在这里只针对静态情况,而通常GH=-1不是系统不稳定的唯一条件.可以证明,参加反响的好处之一是能够使不稳定的系统稳定.我们假设图所示的反响系统是不稳定的,因为GH=-1.如果我们引入另一反响环,其负反响增益是F,如以下图,系统总的输入/输出关系是很明显,尽管G和H使内环反响系统不稳定,因为GH=-1,而如果正确选择外环的反响增益F,系统总体上能够是稳定的.在实践中,GH是频率的函数,并且闭环系统的稳定性条件依赖于GH的幅值和相位.结论是反响能够改良系统的稳定性,但如果使用不当,也有可能破坏稳定性.1.2.3.反响对灵敏度的影响1.控制系统中对灵敏度的考虑是非常重要的.由于所有的物理元素都有随环境和时间变化的特性,在系统的整个运行过程中,我们不可能把控制系统的参数当作完全静态的.2.例如,马达的线圈电阻会随着马达温度的升高而变化.第1章中的电子打字机在第一次开机时有时会运行不正常,因为系统参数在预热期间发生变化.3.这种现象有时被称为"早困〞.大多数复印机都有预热时间,在初次打开后运行会闭锁.1.总的来说,一个好的控制系统应当对参数的变化很不灵敏,而对输入命令的响应很灵敏.我们来研究对参数变化的灵敏度,反响将会产生何种影响.在图1.2.1中,我们考虑G是变化的增益参数.对于G的变化,系统的总的增益灵敏度M定义为M表示由G的微小变化量偏G造成的M的微小变化量.应用〔1〕式,灵敏度函数可以写成GH是正的常数,在系统保持稳定的前提下,灵敏度函数的幅值可以通过增大GH变得任意小.很明显,在开环系统中,系统的增益对G来说是一比一的形式〔即SMG=1〕.2.我们再次提醒,在实践中,GH是频率的函数,在某些频率X围内,1+GH的幅值有可能小于1,这使得在某些情况下,反响对参数灵敏度是有害的.3.通常,反响系统增益对参数的灵敏度取决于参数的位置.读者可以得到图中由于H的变化而造成的灵敏度.1.但是,最初的设计极少能够满足所有目标,通常情况下需要对方法的某些方面做一些修改.例如,"工作X围〞1.2.做出正确的调整之后,在设计过程中相应的步骤还需要重复很屡次,直到达到理想的目标.1.2.你只能报告说,尽你最大的知识和能力,要满足性能需求,就必须要在硬件或方法学上1.2.然而,1.例如,2.〔这类问题的具体实例包括人工驾驶飞机,巡航导弹和遥控飞行器等.毫无疑问,每一.1.原如此上,飞行控制问题可以被表述成一个通用的优化问题：在数学约束X围内,最小化包括强调反响控制是一项重要的技术过程工业.它的主要优点是1.一旦控制变量偏离了设置点,无论源和类型的扰动,就会发生纠正操作.2.它需要对控制过程的最小了解,特别是a虽然它对控制系统的设计很有用,但是不需要对流程进展建模.3.无所不在的PID控制器既通用又健壮.如果工艺条件改变,重新调整控制器通常会产生令人满意的控制.反响控制也有一些固有的缺点1.在控制变量发生偏差后才采取纠正措施.因此,完全控制,控制变量不会偏离设定值在负载或设置点更改时,理论上是不可能的.2.它不提供预测控制行动来补偿或可测量干扰的影响.3.对于具有大量时间常量和/或长时间延迟的进程可能不令人满意.如果发生大且频繁的扰动,该过程可能会持续处于短暂状态,且永远无法达到所需的稳态.4.在某些应用中,控制变量无法在线测量反响控制是不可行的.情况下,反响控制本身并不令人满意,显著改良控制可以通过增加前馈控制.但使用前馈控制,干扰必须在线测量<或估计>.在这个单位.我们考虑了前馈控制系统的设计和分析.我们首先概述前馈控制和比例控制,这是一种特殊的前馈控制.接下来介绍了.如果一个过程在一系列的条件下操作,可以通过使用一组不同的控制器设置来控制每一个操作条件.或者,可以在控制器设置和描述流程条件的流程变量之间建立关系.这些策略是编程适应的例子.编程适应仅限于应用程序,过程动力学依赖于的、可测量的变量和必要的控制器调整并不是太复杂,通常是适应在结构上是否足够简单,可以用一些模拟和所有数字实现控制器.最受欢迎的编程方式是增益调度,控制器增益调整,从而使开环增益K保持不变.作为一个控制问题的例子,规划的适应已经被提出,考虑一个直流锅炉.这里的给水经过一系列加热管局部在产生过热蒸汽之前,必须准确控制温度.给水流量对锅炉的稳态和动态性能有显著的影响.例如,图3所示.3.1显示了典型的开环反响流量阶跃变化,最大流量的50%和100%.假设一个经验的一阶加时延模型被选择来近似这个过程.稳态增益,延时,和占主导的时间常数是50%流量的两倍,相当于100%流量的相应值.这个控制问题的解决方案是使PID控制器的设置随w的不同而变化,即整个流量的比例<0w1>,以如下方式其中KD是100%流量的控制器设置.请注意,对编程适应的建议在质量上与Cohen和Coon规如此的协调一致,并假设流变化的影响与整个操作的流速率成比例关系.在这个示例中,可以根据两个不同的条件对流程行为进展分类.在其他问题中,动态响应数据是不可用的,但我们对过程非线性有一定的了解.对于含有强酸和/或强碱的酸碱问题,pH值曲线可能非常非线性,在多个数量级上都有变化.因此,针对pH控制问题开展了特殊的非线性控制器,无论是适应性的还是非适应性的.在这种情况下,过程会随着操作条件的变化而变化,因此需要使用增益调度<KcKp=常量>来维护一致的稳定利润.对于某些类型的自适应控制问题,稳态和动态响应特征的变化可以与控制变量的值有关.例如,在温度控制回路中,过程增益随温度的变化而变化,控制器增益可以被控制变量的函数,温度.反响控制器现在是商业性的,它允许用户将Kc作为错误信号e的分段线性函数,如图3所示.3.2.如果进程获得Kp以的方式变化,那么我们应该改变Kc,以便产品KcKp是常量.这种策略将使开环增益保持不变,从而保持一定的稳定性<假设过程动态不变>直流电机是当今工业中使用最广泛的主要动力之一.多年前,大多数用于控制目的的小型伺服马达都是ac品种.实际上,交流电动机更难控制,尤其是对位置控制和它们的控制特征是非线性的,这使得分析任务更加困难.直流电机,另一方面,更昂贵,因为刷换向片,变磁力线只适合某些类型的直流电机控制的应用程序.在永磁<PM>远非理想.今天,随着稀土磁铁的开展,可以实现非常高的转矩,单位体积,或质量直流电机以合理的本钱.此外,电刷整流器技术的进步使得这些耐磨部件几乎不需维护的.电力电子的进步使无刷直流电机在高性能控制系统中非常流行.先进的制造技术也产生了无铁转子具有非常低惯性的直流电机,从而实现了非常高的扭矩-惯性比,以与低时不变的性能在计算机外围设备,如磁带驱动器,打印机,磁盘驱动器,文字处理器,以与自动化和机床工业中,为直流电机打开新的应用程序5.2.1直流电机的根本操作原理直流电机根本上是一个扭矩传感器,将电能转换成机械能量.电机轴上的力矩与场通量和电枢电流成正比.如图5所示.2.1载流导体是在a中建立的磁通量Q的磁场,导线位于旋转中心的距离r.开发了转矩之间的关系,流量Q,和当前IaTm=KmQia<5.2.1>Tm是电动机转矩<n-m、磅英尺或扭力>,问的磁通量<韦伯夫妇>,ia的电枢电流<安培>,和公里是一个比例常数.除了图5所示的排列所产生的力矩之外.2.1,当导体在磁场中移动,在其端子上产生电压.这个电压,emf,轴速度成正比,倾向于反对电流.20世纪60年代早期,工业机器人成为了现实,约瑟夫·恩格尔伯格和乔治Devol联合成立了一个名为"Unimation〞的机器人公司.Engelberger和Devol并不是第一个梦想机器可以执行的机器在制造不熟练,重复的工作.第一次使用"机器人〞这个词是由捷克斯洛伐克哲学家、剧作家卡雷尔·卡佩克<KarelCapek>扮演r.u<Rossum的通用机器人>."机器人〞一词在捷克意味着"工人〞或"奴隶.这出戏是1922年写的.在Capek的游戏中,Rossum和他的儿子发现了人造原生质的化学配方.原生质构成生命的根底.用他们的化合物,Rossum和他的儿子制造一个机器人.Rossum和他的儿子花了20年的时间把原生质变成了一个机器人.二十年后的ros总和看着他们创造的东西说:"如果我们不能让他比大自然快,那么花20年的时间来做一个男人是荒谬的,你也可以闭嘴.〞年轻的Rossum回到工作中去去除他认为对理想工作者没有必要的器官.年轻的Rossum说:"一个人的感觉是快乐的,玩耍钢琴,喜欢散步,实际上想做很多事情不必要的…但是工作机器不能弹钢琴,不能感到快乐,千万不能做还有很多其他的东西.任何不能直接促进工作进展的事情都应该被消除.半个世纪后,工程师开始建造Rossum的机器人,而不是人工原生质,但是硅水力学,气,和电动机.那些在1922年被卡佩克所梦想的机器人,它的工作,但是没有感觉,在制造工厂里执行非人类或人类的工作,在世界各地都是可行的.就像Rossum的儿子认为的那样,现代机器人缺乏感觉和情感.它可以只简单回应"是/否〞问题.现代机器人通常被栓在地板上.它有一只胳膊和一只手.这是又聋又瞎又哑.尽管有各种各样的障碍,现代机器人仍然在不无聊或抱怨的情况下完成分配的任务.机器人不仅仅是另一台自动化机器.自动化开始于工业革命期间,机器完成了以前由人类工人完成的工作.然而,这种机器只能做它设计的具体工作,近年来,人们对为各种各样的科学和工程应用开发人工智能<AI>技术有着浓厚的兴趣.一份全面的调查报告提供了对过程工程中的智能系统的彻底审查,并包含385个参考文献.该领域的过程控制研究主要涉与三个人工智能方法:基于知识的系统、神经网络和模糊逻辑.6.1.1以知识为根底的系统基于知识的系统<KBS>,也称为专家系统.使用一组"规如此〞对流程操作或其他活动的状态进展逻辑推断的兴趣.一个早期的、高度可见的示X项目"猎鹰计划〞是杜邦公司的合作项目.在1983-1987年间,Foxboro和特拉华大学.本研究的目的是开发并应用基于知识的方法,在一种全面的化学工厂,一种油质的酸转换