在复杂控制应用中,有以下几个挑战:(1)系统的动态特性发生突变,需要一个准确控制作用来满足及时和有效的控制;(2)由于主要扰动不可测或测量的费用昂贵,难以实现前馈补偿系统;(3)当存在大扰动或过程动态特性突变的时候,一个为了减小操作变量的动作幅度而故意调低参数的控制器将很可能失去控制作用;(4)系统动态特性的变化或负载的变化不能触发信息,让控制系统切换操作模式。
例如,由于间歇式反应釜其本生的复杂性,存在不确定的大扰动,关键变量之间的耦合及操作条件的多样,使得间歇式反应釜的反应温度控制成为一大难题。目前,大部分间歇式反应釜都不能在整个生产周期内实现对反应温度的自动控制,这就导致了生产效率低下,人力和物力的浪费和产品质量难以得到保证。
通常,一个放热间歇式反应釜工艺有四个操作阶段:(1)开车阶段:用蒸汽将反应釜的温度逐渐增加到预定的反应温度;(2)化学反应和保温阶段:当化学反应释放出热量的时候,用冷却水保持温度;(3)无化学反应和保温阶段:在完成化学反应没有热量放出的时候,重新用蒸汽保持温度;(4)成品阶段:逐渐降低反应釜温度,卸下产品。
当从阶段2过渡到阶段3的时候,反应釜的特性迅速从放热过程变化到吸热过程。这种变化的发生没有任何提示信号,因为化学反应的结束时间取决与化学品的种类,浓度,催化剂,以及反应温度。在很短的时间内,反应器的温度可能会大幅度下降。控制系统必须快速反应,切断冷水并送适当的蒸汽使反应器的温度返回正常状态。常规的反馈控制器很难对间歇式反应釜的这一过渡过程进行自动控制。事实上,在这个过渡阶段,间歇式反应釜通常切换为手动控制,依靠操作人员的经验人工调节。这是一种单调的并且十分令人头疼的工作,并直接导致产品的质量和产量都不高。
鲁棒MFA控制器可解决上述难题。鲁棒MFA控制器简单易用,无需对控制器进行重新设计,无需进行前馈补偿,无需反复调整控制器参数。即使存在大扰动或过程动态特性变化大,鲁棒MFA控制器也能确保整个生产过程处于自动控制状态。
鲁棒MFA控制器的配置
如下图所示,鲁棒MFA控制器有以下这些参数。
鲁棒MFA控制器的配置窗口
(1)上下限(Upper Bound和Lower Bound)- 过程变量(PV)的被控范围。通常,PV值不会超过这里所设定的上下限。控制器输出(OP)可以硬限幅或设定约束条件,而PV是只能通过OP的调节而产生变化的过程变量。因此,这里的PV上下限与OP约束的概念完全不同。(2)增益比(Gain Ratio)-根据PV值的大小加强或减弱MFA控制器作用的系数。例如,当增益比为默认值3时,在PV接近上下限时,MFA的增益将变为原来设定值的三倍。这不是一种规则增益方法,尽管看起来很像。规则增益方法不能解决复杂的问题。