原文标题：过程自动化控制的发展和理论详解（篇6）
过程自动化控制的发展和理论详解（篇6）
【按语】自动控制的科普综述文章少之又少，这一篇是难得好文章，语言精致，生动有趣，把自动控制的发展过程及精髓用非常通俗的语言描述了出来，其中不乏精彩的比喻，对于自动控制人员来说实在是不可多得的宝贵资料。
文章虽然长一些，但非常值得静下心来好好读一读。由于原文有35000字，数十页之长，所以本站编辑根据文章内容，将之分解为“过程控制理论”，“现代控制理论”、“系统辨识”、“工程控制算法”四篇，供读者阅读学习。本文是第一篇：过程控制理论。
【前馈控制（feed-forward control）(二)】【本文主要内容】
本文字数：1480字，阅读大概需要5分钟；
【前馈控制（feed-forward control）(二)】
前面提到用单个阀门有时难以控制大 范围变化的流量，这是一个很实际的问题。工业阀门一般 turn down 只有 10：1，也就是说，如果这个阀门的最大流量是 100 吨/小时的话，低于 10 吨/小时就难以控制了，当然，高于90 吨/小时也几近失去控制。 所以，要真的保证 0-100 的精确控制，需要将一个大阀和一个小阀并列，小阀负责小流量时的精确控制，大阀负责大流量时的精确控制，这就是所谓的分程控制 （split range control）。
分程控制时，小阀首先打开，超过小阀最大流量是小阀就固定在全开位置，大阀开始打开，接过控制。这是开-开型分程控制。也有关-开型分 程控制，比如反应器夹套温度控制，随温度逐渐上升，冷却水逐渐关闭，直到冷却水全关，加热蒸气开始打开。分程控制当然不一定只有两截，三截甚至更多都是可 以的，道理都一样。分程控制的问题在于不同阀门的交接点。阀门在特别小的开度时，控制非常不灵敏，前面说到的 10：1 也是这个道理。所以实用中，开-开型 分程控制常常在交接点附近有一段重叠，也就是小阀快要全开但还没有全开时，大阀已经开始动作，这样，到小阀全开、不能再动弹时，大阀已经进入有效控制范 围。关-开型分程控制常常在交接点设置一个死区，避免出现两个阀都有一点点开度的情况。分程控制的交接点的设置有一点讲究，应该根据阀的大小。比如 A 阀比 B 阀大一倍，那分程点应该设在 1/3 先开 B 阀，而不是懒汉做法的 1/2。
很多过程参数都是可以测量的，但也有很多参数是没法直接测量的，这时，如果能够通过别的可以测量的过程参数来间接计算真正需要控制的参数，这就是所谓的推断控制（inferential control）。比如精馏塔顶的产品纯度可以用气相色谱（gas chromatograph，GC）来测量，但结果要等 40 分钟才能出来，用来做实时控制，黄花菜都凉了。推断控制是和“软传感器”（soft sensor）的概念紧密相连的。对精馏塔塔顶纯度这个例子来说，可以用纯度和塔顶温度、压力作一个数学模型，用可以测量的温度和压力，间接计算出纯度。在计算机控制普及的今天，这是很容易实现的，但是在很多地方，推断控制仍然被看成很神秘的东西，悲哀。
文章写于2015年，作者晨枫，具有扎实的理论基础和丰富的现场经验，目前旅居加拿大，一直从事化工控制方面的工作和研究。
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