過程控制的發展過程及應用
過程控制的發展過程及應用
過程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業生產中連續的或按壹定周期程序進行的生產過程自動控制，它是自動化（Automation）技術的重要組成部分。過程控制技術是利用測量儀表、控制儀表、計算機、通信網絡等技術工具，自動獲取各種過程變臉的信息，並對影響過程狀況的變量進行自動調節和操作.以達到控制要求等目的的技術.由於被控過程的多樣性.而且控制參數多屬予多變量.非線性、分布參數和時變參數.因此過程控制中應用的控制方案的種類和內容十分豐富。
過程控制系統組成：被控過程（Process），過程檢測控制儀表（Instrumentation），被控過程是指運行中的多種多樣的工藝生產設備
；過程檢測控制儀表包括：測量變送元件（Measurement），控制器（Controller），執行機構（Control
Element）。過程控制系統的發展.隨著工業生產要求的提高和技術的進步經歷了壹個相當長的過程.生產過程要求的不斷提高、控制理論及策略算法的深入研究。控制技術工其及手段的進展三者相互影響、相互促進.推動過程控制技術不斷的向前發展。過程控制技術的發展歷史主要是圍繞自動化儀表(包括微型計算機)技術和校制理論兩方面展開的，大致經歷了以下幾個階段。
壹，儀表化與周部自動化階段
20世紀40年代以後，生產過程基本上處於手工操作狀態，只有少徽的檢側儀表用於生產過程監側，操作人員主要根據觀側到的反映生產過程的關鍵今數，用人工來改變操作條件。憑經臉去控制生產過程。20世紀40年代未.生產過程進人儀表化與局部自動化階段.這壹階段的主賈特點是采用的控制儀表為基地式儀表和部分單元組合式儀表(氣動I型和電動I型).而且多效是氣動式儀表.其結構方案大多是單抽人壹單拍出的單回路定值系統。到20世紀60年代自動化儀表發展到以單元組合儀表為主要控側儀表。控制理論基礎是以傾域法和根軌跡法為主的經典控制理論。控制的主要目的是保持工業生產的連續性和毯定性，減少擾動.實現了對生產過程的集中控制.以單回路PID，比例、積分、徽分控制策略為主.針對不同的對象與要求制造專門的控制器，如物料按比值配裏的比值控制器、克服大滯後的史密斯預估器、克眼特定幹擾的前抽控制器等。同時.簡單的串級、比值、均勻和選擇性等多種復雜控側系統開始得到應用。控制理論方面，出現了以狀態空間法為基礎，以極小值原理和動態規劃等最優控制理論為本特征的現代控制理論，傳統的單物人/單輸出系統發展到多物人/多輸出系統。以現代控制理論為主要基礎，以微型計算機和高檔儀表為工具，對較復雜的工業過程進行控制。這階段的建模理論、在線辨識和實時控制已突破前期的形式，繼而湧現了大量的先進控制系統和高級控制策略，如克服對象特性時變和環境幹擾等不確定影響的自適應控制，消除因模型失配而產生不良影響的預測控制等。這階段的主要任務是克服幹擾和模型變化，滿足復雜的工藝要求，提高控制質量。
二，計算機集中式數字控制階段
20世紀70.80年代.微電子技術的飛速發展，大規模集成電路側造成功且集成度越來越高(80年代切壹片矽片可集成十幾萬個晶體管.32位微處理器問世)，單片機及其他微19計算機的出現和應用.都促使過程控側系統與微必計算機技術深度勝合，大大推動了過程控制技術的發展。這期間，多樣化自動化儀表的基本格局已經形成.雖然棋擬式儀表仍然廣泛存在，但已非主流.以微處理器為主要構成單元的韌能儀表、可編程邏輯校制器、集散式控制系統、工業PC機等儀表架構.構成了控制裝盆的主流.同時受馮·諾依曼計算機的體系結構的影響.白動
化儀表出現了組裝儀表。時至今日.這些控制裝置結構基本沒有變化，只是硬件水平和性能逐步提高.控制理論方面，出現了最優控制、非線性分布式參數控制等現代控制理論。由於生產過程的強化、控制對象的復雜和多樣，如高維、大時滯、嚴重非線性、價合及嚴重不確定性等.簡單的控制系統已無力解決這些控制問題.用計算機控制系統替代模擬控制儀表，即模擬技術由數字技術來替代。
我國過程控制技術的發展。50年代末期，主要采用機械式和氣動儀表 。60年代廣泛采用Ⅰ型電動單元組合儀表
。70年代中期，Ⅱ型電動單元組合儀表成為過程檢測和控制的主流產品 。80年代初，開始采用Ⅲ型電動單元組合儀表
，相繼引進了分布式控制系統（DCS）、可編程序控制器（PLC）和工業PC機（IPC）。過程自動化系統中的軟件和控制裝置能夠對設備進行調節，使其在最佳速度下運行，從而大大降低能耗。它們還能夠確保質量的壹致性，降低次品率，減少浪費。過程自動化系統還能預測何時需要對生產設備進行維護，從而減少了對設備進行常規檢查的次數。常規檢查次數的降低可以減少停止和重新啟動機器所花費的時間和能源。現代控制理論，基於時域內的狀態空間分析法，著重時間系統最優化控制的研究。控制系統的特點為多輸入---多輸出系統，系統可以是線性或非線性，定常或時變的，單變量與多變量，連續與離
散系統。控制思路是基於時域內的狀態方程與輸出方程對系統內的狀態變量進行實施控制，運用極點配
置、狀態反饋、輸出反饋的方法，解決最優化控制、隨機控制、自適應控制問題。 經過20
多年的發展，它已日臻完善，在眾多的控制系統中，顯示出出類拔萃的風範，因此，可以毫不誇張地說，分散控制系統是過程控制發展史上的壹個裏程碑。目前，過程控制正朝高級階段走來，不論是從過程控制的歷史和現狀看，還是從過程控制發展的必要性、可能性來看，過程控制是朝綜合化、智能化方向發展，即計算機集成制造系統(CIMS)：以智能控制理論為基礎，以計算機及網絡為主要手段，對企業的經營、計劃、調度、管理和控制全面綜合，實現從原料進庫到產品出廠的自動化、整個生產系統信息管理的最優化。它表現的最大特征是仿人腦功能，這壹點在某種程度上是回復到初級階段的人工控制，但更多的是在人工控制基礎上的進步與飛躍。在現代化工業生產過程中，過程控制技術正在為實現各種最優的技術經濟指標、提高經濟效益和勞動生產率、改善勞動條件、保護生態環境等起著越來越大的作用。
自動控制的發展過程經過了漫長的過程，為人類的科學發展做出了巨大的貢獻，推動了人類的進步。總體來說，“自動控制理論”就是壹門研究自動控制系統穩定性的科學，是控制理論與控制工程學科的主要內容。控制理論與控制工程作為壹門學科，研究並且提出有關自動控制系統設計和分析的理論與方法，用於指導工程實。我們應該好好學習這門學科，為人類事業做出應有的貢獻。