闭环控制回路多指标性能评价

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1、闭环控制回路多指标性能评价赵洪洲赵众朱磊北京化工大学信息科学与技术学院摘要：针对目前基础回路控制器性能评价方法存在直观性差、易读性差和不可溯源的问题，提出一种多指标性能评价方法。采用相对性能指数评价冋路的响应和设定值跟踪情况，采用振荡指数指标评价回路振荡情况，采用有效投用率评价控制器的投用情况。仿真与工业应用结果均证实了所提方法的可行性和有效性。关键词：基础回路控制器;闭环控制回路;多指标性能评价;有效投用率;作者简介：赵洪洲（1988-）,硕士研究生，从事生产过程系统模型辨识与性能评测的研究。作者简介：赵众（1970-），教授，从事先进控制、过程监测、工业控制系统集成白勺研究,zh

2、aozhong@mai1.buct.edu.cn。收稿日期：2017-05-23基金：北京市自然科学基金项目（4172044）EvaluationofControlLoopPerformancewithMultipieIndexBasedonSubspaceModelIdentificationZHAOHong-zhouZHAOZhongZHULeiCollegeofInformationScienceandTechnology,BeijingUniversityofChemicalTechnology;Abstract：Consideringpoorintuitionandread

3、abilityandtraceabilityofexistingbasicloopcontroller5sperformanceevaluationmethod,amulLi-index-basedcomprehensiveevaluationmethodwasproposed.Havingrelativeperformanceindexadoptedtoevaluatebothloopresponseandthesetpoint'strackingabilitywasimplemented,includinghavingoscillatoryindexemployedtoevalu

4、ateclosedloop，soscillationfeatureandtheeffectiveserviceindextakentoevaluatethecontroller5sapplicationeffect.Thesimulationandindustrialapplicationresultsverifybothfeasibility^andcffcctivcncssofthismethodproposed.Keyword：basicloopcontroller;closedcontrolloop;multi-indexperfonnanceevaluation;appli

5、cationeffect;Received：2017-05-23基础回路的自动控制投用率和自动控制效果是提高产能、减少人工劳动力的根本所在口1。目前，提高回路自动控制投用率和效果的常用方法有最小方差控制基准评价方法、应用于多变量系统的最小相位评价方法及1及线性二次高斯控制基准评价方法宜等。其中，最小方差控制基准评价方法己从单回路拓展到了多入多出系统、非最小相位系统及先进控制系统等。然而，在实际工业过程屮现有的方法仅能给岀控制器的评价结果，导致现场操作人员理解难度大、学习成本高。为此，笔者提出了一种闭环控制回路多指标性能评价方法，根据采集到的闭环控制回路生产数据，计算控制回路的多项指标

6、，推断控制器性能下降的可能原因，以便进行辅助维护。1系统模型闭环控制回路系统框图如图1所示。图1闭环控制冋路系统框图下载原图r设定信号;c偏差信号;Gc控制器;u操作信号;Gp过程对象;a可测干扰;Gd干扰通道;y输出信号则脉冲响应模型为:q偏差。模型辨识方法选择子空间辨识方法凶宜，其表达式如下:式中A、B、C、D系统模型矩阵；u(k)控制器输出，u(k)WR;v(k)系统过程屮的测量噪声干扰，v(k)ER；w(k)系统过程中的噪声干扰，w(k)GR;x(k)过程状态量，x(k)WR；y(k)系统输出，y(k)eRo设k为某一时间点，f为预计的周期，则式(1)可转换为:其中，向量yt

7、、、山、肌、Vf、「为广义可观测矩阵。子空间通常由两步计算得到模型：a.获得广义可观测矩阵r『或状态序列；b.得出系统模型矩阵。系统的模型阶次与f成正相关关系，如果选择的f过大，则系统阶次过高，导致计算量增加。为此可以采用奇异值分解得到系统阶次的最佳值。基于止交投影原理，根据QR分解和SVD分解，得到的计算式为：其中，为系统矩阵，Yf为输岀观测向量，山为输入观测向量，F为Frobenius范数。根据Frobenius范数，即可得到A、B、C、D的估计值。转