自動化專業(yè)外語第三版部分翻譯

.第1章工業(yè)過程控制原理問題1.多少熱量必須被供應到攪拌槽加熱器加熱的液體從入口溫度T,的出口溫度TR？要確定所需的熱量輸入,為設計工況條件下,我們需要寫一個穩(wěn)態(tài)能量平衡的液體在槽中.在寫這種平衡,它假定槽被完全混合,聽到的損失是可以忽略不計.在這些條件下有內(nèi)的排名的內(nèi)容是沒有溫度梯度,因此,出口溫度與槽中的液體的溫度相等.一個穩(wěn)態(tài)能量平衡槽明確添加的熱等于焓變化之間在入口和出口流：Q=WC〔T-Ti〕的〔1.1.1〕其中,Ti的Tw和Q表示體的Tw和Q的額定穩(wěn)態(tài)設計值.和C是比熱的液體.我們假設,C為常數(shù).在設計條件下,T=TR〔設定點〕.這種替代式.〔1.1.1〕給出的表達式或標稱輸入熱量Q=WC〔TR-T〕〔1.1.2〕等式〔1.1.2〕是對聽者的設計等式.如果我們的假設是正確的,如果在入口流率和入口溫度等于其標準值,然后由方程給出的熱輸入.〔2〕的出口溫度保持在所需的值,TR.但是,如果條件發(fā)生變化嗎？這給我們帶來了第二個問題：問題2.假設入口溫度Ti隨時間的變化.我們怎樣才能保證T保持在設定點附近TR嗎？作為一個具體的例子.承當?shù)腡i提高到一個新的值大于Ti平均值,如果Q是保持不變的人的名義Q值,我們知道,出口溫度將增加,使T>TR.〔cf.Eq.〔1.1.1〕〕.為了對付這種情況,也有一些可能的策略用于控制退出溫度T.T和調(diào)Q.的一種方式控制T,盡管這件T干擾.調(diào)Q根據(jù)T.直觀地測量,如果T是太高,我們應該減少Q(mào);

T是太低了,我們應加大控制策略往往會問：這移動?朝向的設定點〔TR〕和可以在許多不同的方式實施.例如,工廠操作員可以觀察測得的溫度,并比擬測量值到TR.然后,操作員會以適當?shù)姆绞阶兓痲.這將是一個手動控制的應用.但是,它可能會更方便,更經(jīng)濟,有這個簡單的控制任務的電子設備,而不是一個人,那就是,利用自動控制自動執(zhí)行.方法2.測量Ti平均值,調(diào)整Q：相比于方法l的替代,我們可以測量變量T和相應的調(diào)整Q.因此,如果Ti大于Ti平均值,我們將減少Q(mào);為Ti平均值<Ti,我們將設置Q>Q的平均值.1.2.2效果反響穩(wěn)定性1.穩(wěn)定性是描述系統(tǒng)是否能夠跟蹤輸入命令或是否有用的概念2.非嚴格地,如果一個系統(tǒng)的輸出失去了控制,我們就說它是不穩(wěn)定的3.為了研究反響對穩(wěn)定性的影響,我們可以再次觀察等式〔1〕.如果GH=-1〔稱為負一〕,對于任何輸入,系統(tǒng)的輸出都是無窮大,這樣的系統(tǒng)是不穩(wěn)定的4.因此,我們說反響可以使原來穩(wěn)定的系統(tǒng)變得不穩(wěn)定5.當然,反響是一柄雙刃劍,當使用不當時,將會產(chǎn)生壞的作用6.然而需要指出的是,我們在這里只針對靜態(tài)情況,而通常GH=-1不是系統(tǒng)不穩(wěn)定的唯一條件.可以證明,參加反響的好處之一是能夠使不穩(wěn)定的系統(tǒng)穩(wěn)定.我們假設圖所示的反響系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,因為GH=-1.如果我們引入另一反響環(huán),其負反響增益是F,如以下圖,系統(tǒng)總的輸入/輸出關系是很明顯,盡管G和H使內(nèi)環(huán)反響系統(tǒng)不穩(wěn)定,因為GH=-1,而如果正確選擇外環(huán)的反響增益F,系統(tǒng)總體上能夠是穩(wěn)定的.在實踐中,GH是頻率的函數(shù),并且閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性條件依賴于GH的幅值和相位.結論是反響能夠改良系統(tǒng)的穩(wěn)定性,但如果使用不當,也有可能破壞穩(wěn)定性.1.2.3.反響對靈敏度的影響1.控制系統(tǒng)中對靈敏度的考慮是非常重要的.由于所有的物理元素都有隨環(huán)境和時間變化的特性,在系統(tǒng)的整個運行過程中,我們不可能把控制系統(tǒng)的參數(shù)當作完全靜態(tài)的.2.例如,馬達的線圈電阻會隨著馬達溫度的升高而變化.第1章中的電子打字機在第一次開機時有時會運行不正常,因為系統(tǒng)參數(shù)在預熱期間發(fā)生變化.3.這種現(xiàn)象有時被稱為"早困〞.大多數(shù)復印機都有預熱時間,在初次打開后運行會閉鎖.1.總的來說,一個好的控制系統(tǒng)應當對參數(shù)的變化很不靈敏,而對輸入命令的響應很靈敏.我們來研究對參數(shù)變化的靈敏度,反響將會產(chǎn)生何種影響.在圖1.2.1中,我們考慮G是變化的增益參數(shù).對于G的變化,系統(tǒng)的總的增益靈敏度M定義為M表示由G的微小變化量偏G造成的M的微小變化量.應用〔1〕式,靈敏度函數(shù)可以寫成GH是正的常數(shù),在系統(tǒng)保持穩(wěn)定的前提下,靈敏度函數(shù)的幅值可以通過增大GH變得任意小.很明顯,在開環(huán)系統(tǒng)中,系統(tǒng)的增益對G來說是一比一的形式〔即SMG=1〕.2.我們再次提醒,在實踐中,GH是頻率的函數(shù),在某些頻率X圍內(nèi),1+GH的幅值有可能小于1,這使得在某些情況下,反響對參數(shù)靈敏度是有害的.3.通常,反響系統(tǒng)增益對參數(shù)的靈敏度取決于參數(shù)的位置.讀者可以得到圖中由于H的變化而造成的靈敏度.1.但是,最初的設計極少能夠滿足所有目標,通常情況下需要對方法的某些方面做一些修改.例如,"工作X圍〞1.2.做出正確的調(diào)整之后,在設計過程中相應的步驟還需要重復很屢次,直到達到理想的目標.1.2.你只能報告說,盡你最大的知識和能力,要滿足性能需求,就必須要在硬件或方法學上1.2.然而,1.例如,2.〔這類問題的具體實例包括人工駕駛飛機,巡航導彈和遙控飛行器等.毫無疑問,每一.1.原如此上,飛行控制問題可以被表述成一個通用的優(yōu)化問題：在數(shù)學約束X圍內(nèi),最小化包括強調(diào)反響控制是一項重要的技術過程工業(yè).它的主要優(yōu)點是1.一旦控制變量偏離了設置點,無論源和類型的擾動,就會發(fā)生糾正操作.2.它需要對控制過程的最小了解,特別是a雖然它對控制系統(tǒng)的設計很有用,但是不需要對流程進展建模.3.無所不在的PID控制器既通用又健壯.如果工藝條件改變,重新調(diào)整控制器通常會產(chǎn)生令人滿意的控制.反響控制也有一些固有的缺點1.在控制變量發(fā)生偏差后才采取糾正措施.因此,完全控制,控制變量不會偏離設定值在負載或設置點更改時,理論上是不可能的.2.它不提供預測控制行動來補償或可測量干擾的影響.3.對于具有大量時間常量和/或長時間延遲的進程可能不令人滿意.如果發(fā)生大且頻繁的擾動,該過程可能會持續(xù)處于短暫狀態(tài),且永遠無法達到所需的穩(wěn)態(tài).4.在某些應用中,控制變量無法在線測量反響控制是不可行的.情況下,反響控制本身并不令人滿意,顯著改良控制可以通過增加前饋控制.但使用前饋控制,干擾必須在線測量<或估計>.在這個單位.我們考慮了前饋控制系統(tǒng)的設計和分析.我們首先概述前饋控制和比例控制,這是一種特殊的前饋控制.接下來介紹了.如果一個過程在一系列的條件下操作,可以通過使用一組不同的控制器設置來控制每一個操作條件.或者,可以在控制器設置和描述流程條件的流程變量之間建立關系.這些策略是編程適應的例子.編程適應僅限于應用程序,過程動力學依賴于的、可測量的變量和必要的控制器調(diào)整并不是太復雜,通常是適應在結構上是否足夠簡單,可以用一些模擬和所有數(shù)字實現(xiàn)控制器.最受歡迎的編程方式是增益調(diào)度,控制器增益調(diào)整,從而使開環(huán)增益K保持不變.作為一個控制問題的例子,規(guī)劃的適應已經(jīng)被提出,考慮一個直流鍋爐.這里的給水經(jīng)過一系列加熱管局部在產(chǎn)生過熱蒸汽之前,必須準確控制溫度.給水流量對鍋爐的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能有顯著的影響.例如,圖3所示.3.1顯示了典型的開環(huán)反響流量階躍變化,最大流量的50%和100%.假設一個經(jīng)驗的一階加時延模型被選擇來近似這個過程.穩(wěn)態(tài)增益,延時,和占主導的時間常數(shù)是50%流量的兩倍,相當于100%流量的相應值.這個控制問題的解決方案是使PID控制器的設置隨w的不同而變化,即整個流量的比例<0w1>,以如下方式其中KD是100%流量的控制器設置.請注意,對編程適應的建議在質(zhì)量上與Cohen和Coon規(guī)如此的協(xié)調(diào)一致,并假設流變化的影響與整個操作的流速率成比例關系.在這個示例中,可以根據(jù)兩個不同的條件對流程行為進展分類.在其他問題中,動態(tài)響應數(shù)據(jù)是不可用的,但我們對過程非線性有一定的了解.對于含有強酸和/或強堿的酸堿問題,pH值曲線可能非常非線性,在多個數(shù)量級上都有變化.因此,針對pH控制問題開展了特殊的非線性控制器,無論是適應性的還是非適應性的.在這種情況下,過程會隨著操作條件的變化而變化,因此需要使用增益調(diào)度<KcKp=常量>來維護一致的穩(wěn)定利潤.對于某些類型的自適應控制問題,穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應特征的變化可以與控制變量的值有關.例如,在溫度控制回路中,過程增益隨溫度的變化而變化,控制器增益可以被控制變量的函數(shù),溫度.反響控制器現(xiàn)在是商業(yè)性的,它允許用戶將Kc作為錯誤信號e的分段線性函數(shù),如圖3所示.3.2.如果進程獲得Kp以的方式變化,那么我們應該改變Kc,以便產(chǎn)品KcKp是常量.這種策略將使開環(huán)增益保持不變,從而保持一定的穩(wěn)定性<假設過程動態(tài)不變>直流電機是當今工業(yè)中使用最廣泛的主要動力之一.多年前,大多數(shù)用于控制目的的小型伺服馬達都是ac品種.實際上,交流電動機更難控制,尤其是對位置控制和它們的控制特征是非線性的,這使得分析任務更加困難.直流電機,另一方面,更昂貴,因為刷換向片,變磁力線只適合某些類型的直流電機控制的應用程序.在永磁<PM>遠非理想.今天,隨著稀土磁鐵的開展,可以實現(xiàn)非常高的轉矩,單位體積,或質(zhì)量直流電機以合理的本錢.此外,電刷整流器技術的進步使得這些耐磨部件幾乎不需維護的.電力電子的進步使無刷直流電機在高性能控制系統(tǒng)中非常流行.先進的制造技術也產(chǎn)生了無鐵轉子具有非常低慣性的直流電機,從而實現(xiàn)了非常高的扭矩-慣性比,以與低時不變的性能在計算機外圍設備,如磁帶驅(qū)動器,打印機,磁盤驅(qū)動器,文字處理器,以與自動化和機床工業(yè)中,為直流電機打開新的應用程序5.2.1直流電機的根本操作原理直流電機根本上是一個扭矩傳感器,將電能轉換成機械能量.電機軸上的力矩與場通量和電樞電流成正比.如圖5所示.2.1載流導體是在a中建立的磁通量Q的磁場,導線位于旋轉中心的距離r.開發(fā)了轉矩之間的關系,流量Q,和當前IaTm=KmQia<5.2.1>Tm是電動機轉矩<n-m、磅英尺或扭力>,問的磁通量<韋伯夫婦>,ia的電樞電流<安培>,和公里是一個比例常數(shù).除了圖5所示的排列所產(chǎn)生的力矩之外.2.1,當導體在磁場中移動,在其端子上產(chǎn)生電壓.這個電壓,emf,軸速度成正比,傾向于反對電流.20世紀60年代早期,工業(yè)機器人成為了現(xiàn)實,約瑟夫·恩格爾伯格和喬治Devol聯(lián)合成立了一個名為"Unimation〞的機器人公司.Engelberger和Devol并不是第一個夢想機器可以執(zhí)行的機器在制造不熟練,重復的工作.第一次使用"機器人〞這個詞是由捷克斯洛伐克哲學家、劇作家卡雷爾·卡佩克<KarelCapek>扮演r.u<Rossum的通用機器人>."機器人〞一詞在捷克意味著"工人〞或"奴隸.這出戲是1922年寫的.在Capek的游戲中,Rossum和他的兒子發(fā)現(xiàn)了人造原生質(zhì)的化學配方.原生質(zhì)構成生命的根底.用他們的化合物,Rossum和他的兒子制造一個機器人.Rossum和他的兒子花了20年的時間把原生質(zhì)變成了一個機器人.二十年后的ros總和看著他們創(chuàng)造的東西說:"如果我們不能讓他比大自然快,那么花20年的時間來做一個男人是荒謬的,你也可以閉嘴.〞年輕的Rossum回到工作中去去除他認為對理想工作者沒有必要的器官.年輕的Rossum說:"一個人的感覺是快樂的,玩耍鋼琴,喜歡散步,實際上想做很多事情不必要的…但是工作機器不能彈鋼琴,不能感到快樂,千萬不能做還有很多其他的東西.任何不能直接促進工作進展的事情都應該被消除.半個世紀后,工程師開始建造Rossum的機器人,而不是人工原生質(zhì),但是硅水力學,氣,和電動機.那些在1922年被卡佩克所夢想的機器人,它的工作,但是沒有感覺,在制造工廠里執(zhí)行非人類或人類的工作,在世界各地都是可行的.就像Rossum的兒子認為的那樣,現(xiàn)代機器人缺乏感覺和情感.它可以只簡單回應"是/否〞問題.現(xiàn)代機器人通常被栓在地板上.它有一只胳膊和一只手.這是又聾又瞎又啞.盡管有各種各樣的障礙,現(xiàn)代機器人仍然在不無聊或抱怨的情況下完成分配的任務.機器人不僅僅是另一臺自動化機器.自動化開始于工業(yè)革命期間,機器完成了以前由人類工人完成的工作.然而,這種機器只能做它設計的具體工作,近年來,人們對為各種各樣的科學和工程應用開發(fā)人工智能<AI>技術有著濃厚的興趣.一份全面的調(diào)查報告提供了對過程工程中的智能系統(tǒng)的徹底審查,并包含385個參考文獻.該領域的過程控制研究主要涉與三個人工智能方法:基于知識的系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊邏輯.6.1.1以知識為根底的系統(tǒng)基于知識的系統(tǒng)<KBS>,也稱為專家系統(tǒng).使用一組"規(guī)如此〞對流程操作或其他活動的狀態(tài)進展邏輯推斷的興趣.一個早期的、高度可見的示X項目"獵鷹計劃〞是杜邦公司的合作項目.在1983-1987年間,Foxboro和特拉華大學.本研究的目的是開發(fā)并應用基于知識的方法,在一種全面的化學工廠,一種油質(zhì)的酸轉換