复杂控制系统

复杂系统控制理论及方法研究一、引言复杂系统是由多个互相作用的组成部分所构成的系统，具有不确定性、非线性、耦合性和多样性等特点。

由于其内部结构繁复，和外界相互作用复杂，因此对复杂系统的控制和优化问题一直是科学家和工程师们研究的热点。

复杂系统控制理论及方法是为了解决这一问题而形成的一种交叉学科，涵盖了数学、自动控制、计算机科学和机械工程等多个学科领域。

本文将重点介绍复杂系统控制理论及方法的研究现状和发展趋势。

二、复杂系统控制理论研究1.控制理论的基础概念复杂系统的控制需要在系统的行为、性质和可控性等方面进行深入分析，确定合适的控制策略和算法。

控制理论中的基本概念包括系统模型、控制对象、控制器和监测器等。

2.控制策略与算法控制策略在设计上采用的是系统级控制策略，从系统整体的角度思考，对系统进行统一的控制。

控制算法采用非线性控制算法，通过建立系统的数学模型和控制策略，利用优化方法对系统进行全局优化调整。

三、复杂系统控制方法研究1. 自适应控制方法自适应控制方法是能够自动调整控制策略参数的方法，能够快速适应系统变化。

该方法采用自适应神经网络优化算法，通过在线学习和逐步调整控制策略，使控制器的参数不断逼近最佳值，从而达到控制系统的稳定性和优化性能。

自适应控制方法适用于受到干扰、具有非线性和不确定性的复杂系统控制。

2. 模糊控制方法模糊控制方法是一种基于权重关系的控制方法，能够对复杂系统的特性进行拟合，处理模糊信息，适用于输入输出变量复杂难以描述的系统。

利用模糊规则建立模糊模型，从而实现对系统的控制。

该方法应用广泛，可用于各种复杂工程领域的控制问题，如电力系统、航空飞行控制等。

四、复杂系统控制方法应用研究1. 无人机控制探索无人机技术正在飞速发展，但由于自身特殊的复杂性，在控制过程中遇到众多困难。

通过采用现代控制理论和方法，探索无人机控制问题，可以有效改善其控制性能、提高其安全性和可靠性，也有利于推动无人机技术的发展。

21 复杂控制系统一、概述1、单回路控制系统——简单控制系统：在一般情况下能够满足生产控制要求。

特殊情况：系统干扰因素多、干扰变化剧烈，以及工艺特殊要求。

2、复杂控制系统——串级控制系统、比值控制系统、均匀控制系统、前馈控制系统、选择控制系统、分程控制系统等复杂系统--随着控制理论与工业应用的发展，包含的内容也不同，例如复杂大系统--人口系统，环境控制，能源控制，企业生产经营控制等。

3、多回路系统多回路系统特征：基于PID控制策略；由多个控制回路组成的系统。

4、多回路系统的发展80-90%控制系统是基于PID控制的系统，包括多回路系统。

多回路系统应用状况以乙烯生产厂为例，它共有421个控制回路其中：常规PID单回路347个，串级、比值等74个（串级24）多回路系统占17.5%。

二、串级控制系统的构成加热炉是工业生产中常用设备之一。

工艺要求被加热物料的温度为某一定值，因此选取加热炉的出口温度为被控变量，选取燃料量为操纵变量，构成图5-1（a）所示的单回路控制系统。

影响炉出口温度的因素很多，主要有：被加热物料的流量和炉前温度变化[f1(t)]；燃料热值的变化、压力的波动[f2(t)]；烟囱挡板位置的改变、抽力的变化[f3(t)]等。

图5-1（a）系统的特点是，所有对被控变量的扰动都包含在这个回路之中，并都由温度控制器来克服。

但是控制通道的时间常数和容量滞后较大，控制作用不用及时，系统克服扰动的能力较差，不能满足工艺的要求。

为此，另外选择，炉膛温度为被控变量，燃料量为操纵变量，设计图5-1（b）所示的单回路控制系统，以维持炉口温度为某一定值。

该系统的特点是对于扰动[f2(t)] 、[f3(t)]能及时有效地克服，但是扰动[f1(t)]未包括在系统内，系统不能克服扰动[f1(t)]对炉出口温度的影响，仍然不能达到生产工艺要求。

综上分析，为了充分应用上述两种方案的优点，选取炉出口温度为被控变量，选择炉膛温度为中间辅助参数，把炉出口温度控制器的输出作为炉膛温度控制器的设定值，构成了图5-2所示的炉出口温度与炉膛温度的串级控制系统，图5-3是它的方块图。

复杂控制系统。

一．串级控制系统串级控制系统的基本概念串级控制系统的采用了两个控制器，我们将温度控制器称为主控制器，把流量控制器称为副控制器。

主控制器的输出作为副控制器的设定，然后由副控制器的输出去操纵控制阀。

在串级控制系统中出现了两个被控对象，即主对象（温度对象）和副对象（流量对象），所以有两个被控参数，主被控参数（温度）和副被控参数（流量）。

主被控参数的信号送往主控制器，而副被控参数的信号被送往副控制器作为测量，这样就构成了两个闭合回路，即主回路（外环）和副回路（内环）。

1. 改善了对象特征，起了超前控制的作用2. 改善了对象动态特性，提高了工作频率3. 提高了控制器总放大倍数，增强了抗干扰能力4. 具有一定的自适应能力，适应负荷和操作条件的变化串级控制系统的设计原则1. 在选择副参数时，必须把主要干扰包含在副回路中，并力求把更多的干扰包含在副回路中。

2. 选择副参数，进行副回路的设计时，应使主、副对象的时间常数适当匹配。

3. 方案应考虑工艺上的合理性、可能性和经济性。

串级控制系统的应用场合1. 被控对象的控制通道纯滞后时间较长，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。

2对象容量滞后比较大，用单回路控制系统不能满足质量指标时，可采用串级控制系统。

3.控制系统内存在变化激烈且幅值很大的干扰。

4. 被控对象具有较大的非线性，而负荷变化又较大。

串级控制系统应用中的问题1. 主、副控制器控制规律的选择串级控制系统中主、副控制器的控制规律选择都应按照工艺要求来进行。

主控制器一般选用PID控制规律，副控制器一般可选P控制规律。

2. 主、副控制器正、反作用方式的确定。

副控制器作用方式的确定，与简单控制系统相同。

主控制器的作用方向只与工艺条件有关。

3. 串级控制系统控制器参数整定⑴在主回路闭合的情况下，主、副控制器都为纯比例作用，并将主控制器的比例度置于100%，用4：1衰减曲线法整定副控制器，求取副回路4：1衰减过程的副控制器比例度(δ2p)以及操作周期(T2P)。

复杂过程控制系统复杂过程控制系统是在工业生产中广泛应用的一种自动化控制系统。

它通常由多个子系统和分布式控制单元组成，用于监测和控制物理过程中的各种参数和变量。

这些系统通常用于化工、石油、电力、冶金和制药等行业，帮助提高生产效率、降低生产成本，并确保产品质量的稳定性。

1.传感器和执行器：传感器用于监测和测量物理过程中的各种参数，如温度、压力、流量和浓度等。

执行器用于控制各种执行设备，如阀门、开关和电机等。

2.控制器：控制器是系统的核心组件，负责处理传感器采集到的数据，并根据预定的控制算法进行计算和决策。

常见的控制算法包括PID控制、模糊逻辑控制和模型预测控制等。

3.通信网络：复杂过程控制系统通常是分布式的，需要通过通信网络将各个子系统和分布式控制单元连接起来，实现数据的传输和共享。

通信网络可以采用以太网、现场总线和无线通讯等多种技术。

4.数据存储和处理：复杂过程控制系统通常需要处理大量的实时数据，这些数据需要进行存储和处理，以便后续分析和优化。

常见的数据存储和处理技术包括数据库、数据仓库和大数据分析等。

5.人机界面：复杂过程控制系统通常需要人机界面来展示和操作控制系统的状态和参数。

人机界面可以采用计算机监视器、触摸屏和报警器等多种设备，以便操作员及时了解系统的运行状况并进行调整。

在复杂过程控制系统中，通常还需要考虑以下几个方面的问题：1.安全性：复杂过程控制系统通常处于高风险的工业环境中，因此安全性是一个重要考虑因素。

系统需要采取措施来防止任何非法、损坏或恶意的访问，并确保系统的稳定性和可靠性。

2.可靠性：复杂过程控制系统通常需要长时间的运行，因此可靠性是一个重要指标。

系统需要设计合理的备份机制和冗余系统，以防止单点故障导致系统的停机或数据丢失。

3.故障诊断和维护：系统需要具备故障诊断和维护功能，以便快速发现和解决系统中的故障。

这可以通过自动化的故障诊断系统和远程监控系统来实现。

4.系统集成：复杂过程控制系统通常由多个子系统和分布式控制单元组成，系统集成是一个重要的工作。

复杂控制系统一、一段炉水碳比1. 控制回路图2. 工艺控制描述工艺蒸汽在进入一段炉111-101B之前与脱硫后的天然气混合。

这个仪表复杂回路的目的是确定装置产量和期望的水碳比。

工艺蒸汽和原料天然气流量自动调节来保持产量和水碳比。

因为这个复杂控制系统的功能，FICA-A2502和FICA-A2503控制器都必须设定为远程（串级）给定模式。

3. 仪表描述在运算中蒸汽流量及天然流量均为摩尔流量。

原料天然气需要增加分子量自动校正功能，由中化分析天然气组分，工艺人员输入由DCS自动实现分子量计算。

实际的蒸汽原料气流量比（压力＆温度补偿蒸汽流量FIA-A2503除以压力＆温度补偿天然气流量流量FIA-A2502）由FFS-A2504显示。

一个内部联锁监测实际的蒸汽原料气流量比，如果这个比率低就报警并且在此比率低低报警钟时停车（I-101）。

操作人员也可以通过开关PB-101。

参见因果图63-D119停车动作。

操作人员用DCS手动点FFN-1001设定期望的水碳比。

操作人员用DCS手动点HIC-1001设定氨厂产量流率到期望的流率。

装置流率调整是“补偿器”由HN-1001斜率功能为最小过程干扰。

斜率功能限制流率改变，最大流率改变为5%的产量流率每小时。

由于在原料气中有高含量“惰气”（氮气和二氧化碳）的存在，于是采取了一些措施以便操作人员手动输入原料气组分数据校正原料气流量为碳流量。

工艺设计的基础水碳比为2.77。

工艺设计基础蒸汽原料气质量流量比为99729/76763或1.3。

碳仅占大约47%的原料气流量，所以除以质量流量由碳含量给出一个正确的水碳比2.77。

原料气组分数据可以从AI-1008A-F（62-D102）或人工取样分析获得。

斜率功能块（HN-1001）输出直接去原料气流量选择器（FFN-1001B）和蒸汽流量选择器（FFN-1001C）。

期望的水碳比（FFN-1001）输出直接去蒸汽流量除法器（FFN-1001A）和原料气流量乘法器（FFN-1001D）。