导读：现代工业过程中采用了大量的控制回路，这些回路在初期一般都具有良好的性能。但如果没有定期维护，其性能会随着时间的推移而下降 ，从而可能导致产品质量降低、不合格产品和操作成本增加等问题。只有那些得到良好设计、维护的过程控制回路才能真正为生产过程带来长期、稳定和可靠的效益。因此，需要通过一些方法来方便地评估各个控制回路的性能。目前国内对该领域研究相对较少，尚处于起步阶段。

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　　导致控制回路性能不佳的原因

　　研究表明，实际工业中有60%的控制器存在性能方面的问题。那么导致这些控制回路性能不佳的原因是什么呢？

　　常见的导致控制回路性能不佳的原因是控制器整定不佳且缺少维护。据悉，在工业过程自动控制系统中90%以上的控制器是PID控制器。这些控制器经过多年的运行，执行器和被控对象的动态特性由于磨损等原因发生变化，如若得不到及时的维护，控制回路的性能便会下降。

　　其次是由于传感器或执行器的故障、不合适的输入/输出配对或者装置/组件设计不合理导致控制回路性能不佳。尤其是缺少前馈或前馈补偿不足，若处理不当，外部的扰动会使回路的性能恶化。自由度不足、过程强非线性、缺乏对大时延的补偿引起的控制结构问题也会导致控制回路性能不佳。

　　主要从事过程先进控制与优化的中国科学技术大学自动化系薛美盛副教授指出，控制回路性能评估是保持工业过程中控制回路经济运行的一项重要技术，根据运行数据的统计特性，分析估计出控制回路的工作状态。其主要目的是提供在线自动运行程序，通过对运行数据的分析，为维护人员提供控制回路的工作状况。

　　国内外控制回路研究及应用现状

　　关于控制回路性能评估方面的研究，早可追溯到上个世纪70年代。1978年，DeVries和Wu提出了性能评估的思想。1989年，Harris提出了基于小方差控制的性能指标，为单变量控制回路的性能评估奠定了基础。此后，随时性方法引起业界的关注，成为控制回路性能评估基本的方法。

　　1993年，Stanfelj等将小方差控制性能评估方法推广到了单变量的前馈和反馈控制回路中。1995年，Tyler和Morari修正和推广了Harris指标，并将其应用于不稳定系统和非小相位系统。1996年，Harris等把单变量小方差控制准则引入到了多变量控制系统中，利用多变谱因子分解和多变量丢番图方程的解来描述多变量控制系统的性能。

　　近10年来，业界提出了许多控制回路性能评估的方法。这些方法能够满足在工作闭不条件下，不需要附加测试信号，监测控制回路并及时指出该回路是否需要重新整定。2002年，Grimble提出了广义小方差基准，将控制信号幅度引入目标函数中。2007年，Harris等将小方差控制基准推广到一类非线性单变量系统中，并给出了操作数据估计性能上界的Volterra序列近似法。

　　控制回路性能评估是控制领域中较新的一个研究分支，吸引了越来越多的目光。但国内对该领域研究相对较少，尚处于起步阶段。具有代表性的研究包括孙金明等的通过对常规操作数作数据按拟合模型，估计PID实现的小方差及其相应的PID控制器参数。李刚提出多扰动动态下的PID控制回路性能评价标准等等。

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　　控制回路性能评估的应及产品

　　控制回路性能评估的方法被方法应用于炼油、石化和其他化工领域，在造纸过程中也可以见到一些应用的案例。基于小方差的性能评估技术已经成熟，并已成为日常生产中使用的标准方法。市场上已有一些控制回路性能评估与监视软件。

　　Honeywell的Loop Scout作为一款的回路工作流管理软件，包括了回路分析功能、阀门诊断功能、以强大控制理论为基础的调节功能以及针对PID控制器的选择性技术。该软件能够收集流水线中过程量、节点、控制器输出以及控制回路组态方面的数据，然后产生各条回路的性能报告。专业级的指导工具会引导新用户解读这些数据，并且提供额外的测试用来确定是维护方面存在问题、调节方面存在问题还是控制方案自身就有问题。

　　Rockwell的RSLoop Optimize专门用来对Allen-Bradley PLC-5、SLC 500以及Logix控制器中的PID回路作分析和调节，可以起到提高流程的稳定性、提高产量和大化生产效率的目的。

　　ABB的Optimize IT Loop Performance Manager帮助控制工程师和流水线操作人员在ABB及其竞争对手的系统中，对控制回路进行启动、诊断、维护等操作。

　　B&R的Automation Studio通过自动设置所有闭环控制参数来实现更为快捷的温度控制回路的调试。该软件利用选择库功能块来处理闭环温度控制，直观的用户界面允许使用者轻松选择温度范围和温度传感器的类型，并且定义温区需求，无需额外的程序就可实现温度控制回路的优化处理。

　　目前，市场上关于控制回路性能评估的软件商品种类繁多。这些回路状态、诊断工具都能够提供自动和手动调整、分析回路的功能；生产线上的每条回路，而且不区分平台或制造厂商；执行非干扰式、持续式的在线性能分析；提供专门的回路状态指标，例如误差分布、对误差、过程变量积分以及经济性影响；将回路状态报告发送到工厂的每个商业层，并通过网络传播出去。不管是受益于回路优化技术的改进还是其他的原因，在过程工业中，控制回路性能确实得到了提升。（顽石）