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先进控制技术的性能基准
大多数工业行业常见的普通流通式(flow- through)反应器能够作为先进控制技术的性能参考。通过了解这类反应器的工作状况，能够阐明哪些控制方法是最佳的解决方案。
图1是一个反应器的控制原理图和它的额定工作条件。来自该反应器的产品是一种由两种成分A和B组成的热混合物，产品为了满足质量标准的要求，其温度必须至少达到120°F，产品中的成分A必须始终保持在75%（参见表1）。
但是，测量产品中成分A的百分比需要依靠分析仪器。这些分析仪器十分精密，而且价格昂贵，通常安装在远处的分析小屋内。由来自产品流体主管道的一个支流为分析仪提供分析样本。支流本身的滞后加上分析仪器采样间隔和分析时间，使产品成分测量比过程变化滞后很多（参见表2）。
扰动变量也会影响控制回路的性能。这些变量是不可控制的或是无法操作的，它们有时是能被测出的，这时前馈控制就有机会介入发挥作用。当它们不能被测出时，其变化只有在它们对被控变量产生影
在这个反应器的过程中，扰动变量为成分A和B的温度。经过一段滞后时间以后，这些温度的变化将会使产品温度发生变化，除非它们立即得到先进控制的补偿。
反应器的经济指标也很重要。过程液流的价值可以这样计算：产品价值等于每加仑1.25美元；成分A的成本等于每加仑0.40美元；成分B的成本等于每加仑0.10美元；蒸汽的成本等于每千磅4.50美元。
该反应器的经济效益为产品价值与A、B组分和蒸汽的总成本之间的差值。该差值的大小取决于产品的产量和成分。两者都将受到控制技术性能的影响。
特性与控制
由于每个生产过程都是不一样的，这个简单的生产过程如何能代表工业生产装置内现有的各种生产过程呢？尽管每个过程在物理上都是不同的，但它们在控制系统控制下的运行表现都取决于一组共同的过程特性，这些特性描述了过程对控制输入的反应和过程达到稳定状态的途径。这些特性包括：
◆ 死区时间——控制信号变化到过程变量开始响应时的时间；
◆滞后时间——过程变量开始响应后的时间常数；
◆稳态增益—过程变量的变化量与控制信号的变化量之比；
图1：本文中反应器及其额定工作条件用作生产过程实例。
图2：反应器的被控变量对可控流量的变化响应时的过程特性曲线。
图2说明反应器的被控变量对控制流量变化的响应。这些响应显示了过程的内部特性。
1.成分A流体和成分B流体的变化都会影响产品的成分、流量和温度。蒸汽流量变化仅对产品温度产生影响，因为它不会改变两种成分的配比或数量。
2.成分B的流量增加控制工程网版权所有，先引起产品温度下降，然后产品温度会再上升。这两种相反的响应是两种不同动态过程作用的结果。温度首先会因组分B流量增加而下降CONTROL ENGINEERING China版权所有，然后温度控制回路作出反应www.cechina.cn，增加蒸汽流量提高产品温度，当更热的产品到达出口时，温度参数表现为上升。
3.产品成分对成分A和B中任一成分流量变化的响应实际上是一个纯滞后（死区滞后）过程。总时间约为两分钟；其中滞后时间常数造成的延迟可忽略不计CONTROL ENGINEERING China版权所有，因为混合流体在流经反应器直到到达分析仪的过程中实质上是带有少许“反混“的阻塞流。纯滞后时间与滞后时间常数之比很大。
4.产品成分对成分B流量变化的敏感度比它对成分A流量发生相同变化的敏感度要大得多。
5.液体由于是不可压缩的，它在反应器出口的流量变化精确地反应了两种组分的流量变化，并且很快就能达到稳定状态。在这种几乎是立即的响应过程中的唯一滞后是成分流量控制回路本身的滞后。在这里纯滞后和时间常数滞后都很小。
6.蒸汽流量变化对产品温度是有影响的，它的纯滞后时间只是中等水平，而一阶滞后的时间比较长，因此纯滞后时间与时间常数滞后之比也很小。
这些过程特性参数之间的关系和控制难点一直是无数技术论文和教科书关注的焦点，通常利用数学方法和实践经验对其进行描述。主要认识包括：
◆死区滞后是难以控制的过程特性。在死区滞后期间，控制器作出的控制动作得不到任何过程响应。在这种情况下，反馈控制器的控制动作必须受到限制CONTROL ENGINEERING China版权所有，以免控制器在这段死区滞后时间里作出过度的反应，根据错误的条件矫枉过正。但是，对控制器设置过多的限制，可能会造成控制动作迟缓。
◆容量滞后(capacity lags)的控制过程比较容易处理。大的容量滞后使过程变量的变化更慢，并且将测量信号中的噪声过滤掉。然而，如果许多小的滞后组合在一起，看上去就会像死区滞后一样。
◆控制器的控制
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