化工过程控制

什么是过程控制？

操作一个物体（执行机构）以使一个参数保持在一个可接受的偏差范围内，以偏离理想的所需条件。本质上，过程控制是将变异性从一个变量转移到另一个变量。

有两种基本的过程控制理念，反馈和前馈控制。

反馈控制

在反馈控制中，测量受控变量并与设定值进行比较。受控变量与设定值之间的偏差是误差信号。然后使用误差信号来减少受控变量与设定值的偏差。

正作用控制

如果受控变量随着操纵变量的增加而增加，则使用正作用控制。

前馈控制

前馈控制是指操纵一个变量以达到预期的结果。这表明可以对过程的输出做出预测，或者有一个模型可以预测由于操纵变量而导致的过程的输出。

数学建模

守恒定律

质量、能量和动量的守恒定律是化学过程模型开发的基础。当应用于控制容积（CV）时，变量的守恒定律的一般形式为

${\frac {d(X~IN~to~CV)}{dt}}-{\frac {d(X~OUT~of~CV)}{dt}}+{\frac {d(GENERATION~OF~X~within~CV)}{dt}}-{\frac {d(DISAPPEARANCE~of~X~within~CV)}{dt}}={\frac {d(ACCUMULATION~of~X~within~CV)}{dt}}$

当应用于质量时，这将变成质量守恒定律。假设没有发生核反应，那么质量的生成或消失速率为零。因此，我们有

${\frac {d(Mass~IN)}{dt}}-{\frac {d(Mass~OUT)}{dt}}={\frac {d(ACCUMULATION~of~Mass)}{dt}}$

用符号表示，我们可以说

${\dot {m}}_{in}-{\dot {m}}_{out}={\frac {dM}{dt}}$

其中 M 代表 CV 内的总质量

术语表

执行器

使最终控制元件激活或移动的机械装置。

直接合成

最终控制元件

其激活或移动会导致动态过程发生变化的物理装置。在过程控制中，最常见的最终控制元件是控制阀。

频域

内部模型控制

IMC-PID 调节

一种 PID 调节方法，用于选择调节参数以近似 IMC 推导的控制器。

梯形图

一种用于表示控制算法的半图形编程语言。该语言使用逻辑设备的符号来表达。设备符号及其连接的排列类似于梯子。

拉普拉斯变换

从时域到拉普拉斯域的积分变换。给定时间函数 $f(t)$，拉普拉斯变换由以下公式给出

$F(s)=\int _{0}^{\infty }\!f(t)\;e^{-st}dt$

使用 $F(s)$ 来表示 $f(t)$ 的拉普拉斯变换是一种常见的约定；然而，在动力学和控制中，使用 $f(t)$ 和 $f(s)$ 分别表示时域函数及其拉普拉斯变换是一种常见的做法。

PID 控制器

PLC

Programmable Logic Controller，一种基于微处理器的电子设备，用于实现控制算法。

时域

齐格勒-尼科尔斯调节