[科普中国]-受控过程

简介

在控制理论中，对于受控系统，常常要求找到控制，使得在这控制作用下，系统从一个状态转移到所希望的状态。受控对象是指在一个控制系统中被控制的事物或生产过程，比如发电机的端电压，火炮的角度和方向,锅炉气包温度等等。受控对象除了接受由传递者传递过来的信息并按其指令动作外，还要通过传递者，把信息反馈回去。

设有受控对象，它的动力学由下列向量常微分方程

描述，简称受控系统.其中x表示受控系统的状态向量，它属于n维欧几里得空间，记为x∈ ；u表示受控系统的控制向量，通常不能任意取值而受到限制，用属于r维欧几里得空间中某闭集 表示u所受的限制，记为u∈ ⊂ 。通常有r≤n。设是系统的控制作用开始时刻的状态，即初始状态，是控制作用结束时刻的希望状态，即终端状态，可以是自由的，亦可是事先给定的或受到限制的。

受控过程(controlled process)是指人们对系统施加影响而使之达到一定目的的过程。它体现了人的主观能动性在改造世界中的作用。在数学上，这种过程通常由微分方程(差分方程、积分方程等)来描述.集中参数控制过程由常微分方程(组)描述，分布参数控制过程由偏微分方程描述等。例如，对于集中参数控制系统，当用x(t)表示系统的n维状态向量函数，u(t)表示:维控制向量函数时，该受控过程可用下面常微分方程描述。x=f (t,x,u)，其中f是定义在{ }X 中的、并满足一定条件的n维向量函数。2

过程控制概述过程控制是在工业系统中，为了控制过程的输出，利用统计或工程上的方法处理过程的结构、运作方式或其演算方式。处理过程控制的系统可称为过程控制系统。

例如利用加热器调节房间的温度即可视为一个过程，因为其目的是要使一输出量（在此例中是温度）到达一理想值内（例如20度），且此输出量不随时间变化。在此例中温度是一个控制变数，不过若用温度计量测温度，决定是否加热，温度也同时是输入变数，。理想的温度（20度）为目标值，加热器的状态（如加热器控制热水流量的阀门）会随控制而改变，则是受控变数。过程控制的控制变数通常是温度T、压力P、流量F、液位L、成分A、PH值之等的过程变量。

分类离散：在许多制造、运动或包装应用中会用到离散的过程控制。如汽车生产中常见的机器手臂自动组装，即为离散过程控制的例子。大部分这类的应用都是生产一个产品中个别的零件，如金属冲压成形。

批次：有些应用需要以特定的量，以特定的方式及时间混合原枓。像是制造胶水，一般需要在加热的容器中混合原料一段时间。类似的例子包括食物、饮料或药品。批次程序大约用在年产量从几公斤到几千吨的产业。

连续：一般一个物理系统可以由一些连续，不随时间有剧烈变化的变数所表示。例如加热器中的水温控制即为一个连续过程控制的例子。像石油、化学品或塑胶的制造就属于连续的过程控制。连续过程控制一般用在年产量从几千吨到几百万吨的产业。

受控过程中的偏差的根本原因过程控制环用于加工工业例如炼油厂中，以便控制过程的操作。发送器(transmitter)是控制环的一个典型部分，并且位于现场，以便测量和发送如压力、流量或温度那样的过程变量给控制室设备。如阀控制器之类的控制器也是过程控制环的一部分，它根据在控制环上接收的或在内部产生的控制信号，控制阀的位置。其它的控制器控制例如电动机或螺线管。控制室设备也是过程控制环的一部分，以便控制室内的操作者或计算机能够根据从现场的发送器接收的过程变量监测过程，以及作为响应通过发送控制信号给适当的控制设备来控制过程。另一种可能是控制环一部分的过程设备是能够在过程控制环上监测和发送信号的便携式通信装置。典型地，这些部分用于配置形成控制环的设备。

已有各种技术用于监测过程控制环的操作以及诊断和识别控制环中的故障。然而，还期望例如通过识别系统中的作为过程操作偏差(aberration)来源的特殊设备或部件，来确定故障的来源或“根本原因(rootcause)”。“根本原因”是过程操作的变化或偏差的初始原因。其它可以被模拟的过程控制环包括，但是不限于，流量控制、液位控制、温度控制等等，包括气态、液态、固态或其它形式加工材料的调节器控制和级联控制。控制环的特定例子包括，例如利用差压驱动的阀的流量控制环，利用差压驱动的阀的液位控制环，对流量调节控制的温度调节控制，对从动阀式泵的液位调节控制，利用泵驱动的阀的流量控制，对阀冷却器冷凝器的液位调节控制，对流量调节控制级联馈给的液位调节控制，对阀的液体温度调节控制，对流量调节控制的液体温度调节控制，利用差压驱动的阀的气流控制，对阀的气体温度调节控制，对流量调节控制的气体压力调节控制，对流量调节控制级联重沸器的液位调节控制，对阀的液体压力调节控制，以及对阀重沸器的液位调节控制。受控的各种类型过程元件包括，例如鼓和罐、热交换器、塔台、蒸气系统、冷凝器、锅炉、反应器，以及加热器、压缩机、燃油系统、涡轮机和废气处理系统。3