[科普中國(guó)]-回路性能

回路性能（Loop performance）是控制工程用語，是指控制回路 （例如PID控制器）的性能。性能是指系統(tǒng)可以讓受控體的程序變數(shù)追隨理想的訊號(hào)，追隨是用最有效的最佳化進(jìn)行，而且沒有延遲及是過沖。

重要性監(jiān)控控制回路在自動(dòng)化生產(chǎn)，在精煉、造紙、化工、發(fā)電等產(chǎn)業(yè)都相當(dāng)重要。監(jiān)控控制回路用來控制制程中的特定參數(shù)，受控參數(shù)可以是溫度、壓力、流量或是液面高度等。例如在生產(chǎn)汽油時(shí)，就會(huì)有溫度控制器來控制鍋爐溫度。1

軟件有許多軟件可以量測(cè)并分析工業(yè)設(shè)備中控制回路的性能。對(duì)回路性能的基準(zhǔn)測(cè)試，并確認(rèn)改善可能性，是提升工廠穩(wěn)定性、提升生產(chǎn)量和讓設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵因素。2

控制工程控制工程（英語：Control engineering）是有關(guān)控制理論研究與應(yīng)用的一門工程學(xué)?？刂葡到y(tǒng)的實(shí)現(xiàn)通常基于傳感器的使用，它可以測(cè)量被控制設(shè)備的性能參數(shù)，然后收集到的數(shù)據(jù)以反饋的形式施加到執(zhí)行器上，使得執(zhí)行器輸出一定的信號(hào)，確保系統(tǒng)工作在預(yù)期的狀態(tài)。工程師可以設(shè)計(jì)無需人介入、可以自適應(yīng)、自動(dòng)修正誤差的設(shè)備系統(tǒng)，這種系統(tǒng)被稱為“自動(dòng)控制”，例如汽車的巡航定速系統(tǒng)?？刂乒こ淘诒举|(zhì)上是一個(gè)交叉學(xué)科，而描述系統(tǒng)行為的數(shù)學(xué)模型則又是重中之重。2

過沖在信號(hào)處理、控制理論、電子學(xué)以及數(shù)學(xué)中，過沖（英語：overshoot），也稱超調(diào)，是指信號(hào)或者函數(shù)超過了預(yù)期值，是暫態(tài)響應(yīng)的特性之一。常見于類似低通濾波器的頻帶限制系統(tǒng)中階躍響應(yīng)階段，通常會(huì)跟隨有伴生的振鈴。

尾形克彥的《離散時(shí)間控制系統(tǒng)》中，最大過沖量被定義為：“從系統(tǒng)期望響應(yīng)值計(jì)算，響應(yīng)曲線的最大峰值”。1

基準(zhǔn)化分析法基準(zhǔn)化分析法（英語：Benchmarking）又稱標(biāo)竿測(cè)試、標(biāo)竿管理，是指將自己企業(yè)的表現(xiàn)指標(biāo)與業(yè)界最佳指標(biāo)做比較。常見的指標(biāo)包括品質(zhì)、時(shí)間、花費(fèi)等。標(biāo)竿測(cè)試通過找出業(yè)界中最佳的幾個(gè)公司或產(chǎn)品并與自己比較來了解目標(biāo)公司的表現(xiàn)，并且試圖解釋他者成功的原因。

在計(jì)算領(lǐng)域中，以顯卡為例，進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試（或稱標(biāo)桿測(cè)試）是指在顯卡設(shè)備上執(zhí)行一套標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，以此評(píng)估不同顯卡設(shè)備的性能表現(xiàn)與差異。2

如何改進(jìn)控制回路性能1、制定合適的過程控制原則：由控制工程師、操作員和維護(hù)員來共同制定，主要內(nèi)容應(yīng)該包括人員的角色和職責(zé)定義、設(shè) 定控制回路性能指標(biāo)、確定選擇不同控制器配置的標(biāo)準(zhǔn)、基于回路類型和性能目標(biāo)確定其調(diào)節(jié)規(guī)則、設(shè)定微分控制、濾波控制、串級(jí)控制和前饋控制的掃描間隔周 期、制定持續(xù)改進(jìn)的維護(hù)方法等等。

2、評(píng)估現(xiàn)有的控制回路性能：可以通過專門的軟件來讀取DCS的數(shù)據(jù)庫，從而對(duì)現(xiàn)有控制回路情況進(jìn)行評(píng)估，包括采集控制器的輸出信號(hào)、設(shè)定點(diǎn)和過程測(cè)量數(shù)據(jù)；控制器的響應(yīng)和回路趨勢(shì)分析等等，然后與前一步設(shè)定的性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比。

3、找出回路性能不佳的根本原因：用戶要確定回路性能不佳是否因?yàn)榭刂破髡{(diào)節(jié)、硬件性能或者其他因素造成，然后才能采取正確的改進(jìn)措施。通過上述的性能評(píng)估軟件或者是單回路診斷調(diào)節(jié)軟件都可以完成這一步。

4、維修性能不佳的硬件：如果確定回路性能確實(shí)受到硬件影響，那么必須盡快在最近的一次停車大修期間對(duì)其進(jìn)行維修。

5、優(yōu)化控制器性能：如果硬件可靠，用戶則可以根據(jù)控制器的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，以獲得期望的響應(yīng)速度或者是容錯(cuò)性能。

6、實(shí)施先進(jìn)控制策略：如果硬件可靠，而且控制器也進(jìn)行了調(diào)節(jié)，還不能達(dá)到自己的期望水平，則可以實(shí)施先進(jìn)控制策略。因?yàn)槌Ｒ?guī)的反饋回路調(diào)節(jié)不能滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中的非線性、大滯后特性，所以可進(jìn)一步采取串級(jí)控制、前饋控制、模型預(yù)估控制等先進(jìn)控制技術(shù)。

7、長(zhǎng)期的性能維護(hù)：控制回路優(yōu)化還是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，必須連續(xù)不斷地對(duì)回路的性能情況進(jìn)行監(jiān)控，爭(zhēng)取盡早發(fā)現(xiàn)問題，然后通過重復(fù)之前的6個(gè)步驟進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

曹慧慧 - 副教授 - 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)