PID控制器性能监测评估与优化技术研究及应用

摘要

流程工业是国民经济和社会发展的支柱产业，在国民经济中占主导地位。本文针对流程工业，特别是石油化工行业信息化系统智能化程度低，对控制系统性能不能进行有效的实时监测的现状，对控制器性能监测和评价指标体系进行了研究，并开发了针对PID控制器的性能监测评价和参数优化软件。
　　目前，在过程工业中PID控制器的使用依然占据统治地位。控制系统性能评价与监测可以及时的识别和诊断系统存在的问题，对控制性能差的控制器进行参数优化可提高其控制品质，对提高装置效率，提升智能化水平，具有重要意义。因此对PID控制器性能的监测评估与优化技术的研究受到越来越多的研究者和工程师们的重视。本文研究了最小方差控制理论，以此理论为基准，利用(Filtering and correlation analysis，FCOR)算法，来实时计算控制器的性能指标，实时的监测控制器的性能;然后再根据确定性指标和鲁棒性指标全方位的对PID控制器性能进行评估。首先通过实验验证了该方法的有效性，而后将该算法应用在乙烯裂解炉的常规控制回路的性能监测中，结果表明以最小方差为基准的控制器性能指标能表征PID控制器的控制性能。
　　本文对PID控制器的原理及参数整定方法进行了研究。基于智能优化算法的PID参数优化，一直是研究的热点，整定效果好，时间短。生物地理学优化算法由于其高效的寻优机制，性能突出，但是在后期存在搜索动力不足的情况，本文提出了改进的生物地理学优化(Modified Biogeography Based Optimization，MBBO)算法。使用MBBO算法对PID控制器参数进行优化，大大提高了工作效率，缩短了时间，提高了控制品质。当控制器性能监测体系发现控制器性能指标过低时，则采用该算法寻找PID控制器的参数的最优值，对控制器性能进行及时的优化，实验效果显著。
　　本文开发了控制器性能监测评估与优化软件，并在实际应用中取得了显著的效果。本文在微软MFC框架下，用C++语言基于OPC(OLE Process Control)技术获取工业过程现场实时数据，利用最小方差基准为性能指标实时对控制器性能监测，并结合历史数据对各回路进行系统全面的评价。当控制器性能降低时，系统给出报警，并利用改进的生物地理学优化算法对控制器参数进行优化。从而实现PID控制器参数自整定。本系统在应用中表现良好，验证了该方法的适用性和有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 控制性能监测和评估优化研究现状

1．2．1 基于最小方差的性能评价方法研究

1．2．2 基于其它基准的性能评价方法研究

1．2．3 控制系统性能评估在应用中的问题

1．3 PID控制器参数优化研究现状

1．4 本课题研究的主要内容及创新点

第二章 PID控制器性能评价方法

2．1 传统经典控制理论中的确定性评价方法

2．2 基于最小方差的性能评价原理

2．2．1 最小方差基准原理

2．2．2 FCOR方法

2．2．3 ARMA模型时间序列分析

2．3 其它性能评价指标

2．4 本章小结

第三章 PID控制器参数优化方法

3．1 生物地理学优化算法及其改进

3．1．1 生物地理学优化算法的原理

3．1．2 生物地理学优化算法的改进

3．2 PID控制器的工作原理

3．3 基于MBBO算法的PID参数优化

3．4 本章小结

第四章 基于OPC的控制器性能监控平台

4．1 OPC技术的概论

4．1．1 OPC技术来源的背景

4．1．2 OPC技术的发展

4．2 OPC规范的内容

4．2．1 OPC数据存取规范详述

4．2．2 OPC数据存取规范基础信息

4．3 OPC客户端的开发

4．4 本章小结

第五章 控制器性能监测和评估优化平台应用

5．1 项目背景概述

5．2 控制性能监测评估优化系统架构

5．3 控制性能监测与评估

5．4 控制器参数优化

5．5 本章小结

结论和展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师简介