自動散點控制回歸法簡介

自動散點控制回歸法是由Elvidge等提出。假設兩個時間的同一地點的像素值之間為線性關系，用兩個時間同一光譜波段的數據繪制散點圖,并擬合回歸線;再用散點圖定義不變點和無變化區(qū)，即將靠近回歸線的像元視為在兩個時段內的不變特征像元。

直方圖匹配法是以一幅圖像的直方圖為基礎，使原圖像的灰度(亮度值)分布與參考圖像的灰度分布情況相近(即轉換一幅圖像的直方圖，使其和另一幅圖像的直方圖形狀相似)從算法設計上是尋找一個灰度級變換的函數。一般是建立兩個圖像均值和方差之間的線性關系。

自動調諧控制算法可以自動確定熱電制冷器器件的P（比例）、I（積分）、D（微分）的恰當值。對于每個期望的系統(tǒng)設定點，都將履行一次自動調諧過程。2510-AT自動調諧算法[1]將電壓階躍函數用于熱電制冷器或珀耳帖效應器件。然后，抽取來自系統(tǒng)溫度相應的信息，并用于改進的Ziegler-Nichols調諧技術，提供兩個PID系數集合。一個集合是為最小溫度超調量而優(yōu)化，另一個集合為最小設定時間而優(yōu)化。可以根據測試要求或器件限制，從兩個集合中選擇使用。如果需要的話，對系統(tǒng)響應進行微調時，還可以把這些數字用作起始點。

集散控制系統(tǒng)以多臺微處理機分散應用于過程控制，通過通信網絡、CRT顯示器、鍵盤、打印機等設備又實現高度集中的操作、顯示和報警管理。這種實現集中管理、分散控制的新型控制裝置，自1975年問世以來，發(fā)展十分迅速，已經得到了廣泛的應用。

集散控制系統(tǒng)（DCS，Distributed Control System）是指對生產過程集中操作、管理、監(jiān)視和分散控制的一種全新的分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現最優(yōu)化控制，通過CRT裝置、通信總線等，進行集中操作、顯示、報警。整個裝置繼承了常規(guī)儀表分散控制和計算機集中管理的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能的單一、人-機聯(lián)系差，以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既在管理、操作和顯示三方面集中，又在功能、負荷和危險性三方面分散。DCS是在20世紀七八十年代發(fā)展起來的，是一種新型的控制系統(tǒng)。

集散控制發(fā)展階段

集散控制系統(tǒng)推出以來，結構和性能日益完善，其發(fā)展大體可分為三個階段：

第一階段：1975~1976年，集散系統(tǒng)的誕生時期。

第二階段：1977~1984年，集散系統(tǒng)飛速發(fā)展時期。隨著信息處理技術和計算機網路技術的發(fā)展，一方面更新集散系統(tǒng)的原有硬件和軟件，另一方面積極開發(fā)高一層次的信息管理系統(tǒng)。

第三階段：1985年，綜合信息管理系統(tǒng)的推出。在原有的過程控制層和過程控制管理層的基礎上增加了第三層，即綜合信息管理層，更多地關心高層信息的格式、傳輸、處理、存儲、共享等問題。

集散控制主要基礎

集散控制系統(tǒng)的主要基礎是4C技術，也就是計算機（Computer）、控制（Control）、通信（Conmmunication）以及CRT顯示技術，主要是在微處理器的基礎上對生產過程來進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)。

集散控制組成

雖然集散控制系統(tǒng)的品種繁多，但系統(tǒng)的基本組成是相似的，一般由五大部分組成。

1.過程控制單元。又可稱為基本控制器或是閉環(huán)控制站，它是集散控制系統(tǒng)的核心，主要完成算式運算功能、順序控制功能、連續(xù)控制功能、過程I/O功能、數據處理功能報警檢查功能和通信功能等。該單元在各種集散系統(tǒng)中差別較大、控制通路2~64個，固有算法7~212種，類型有PID、選擇性控制、非線性增益、位式控制、多項式系數、函數計算、史密斯預估。工作周期為0.1~2s。

2.過程輸入/輸出接口。它直接與生產過程相連接，實現對過程變量進行數據采集，主要完成數據采集和預處理，并對實時數據進一步加工，為操作站提供數據，實現對過程變量和狀態(tài)監(jiān)測、打印，實現開環(huán)監(jiān)視，或為控制回路運算提供輔助數據和信息。

3.操作員站。它是操作人員進行過程監(jiān)視、過程控制操作的主要設備。操作員站提供良好的人機交互界面，用以實現集中顯示、集中操作和集中管理等功能。有的操作員站可以進行系統(tǒng)組態(tài)的部分或全部上作，兼具工程師站的功能。

4.高速數據通路。它又可稱為高速通信總線、大道、公路，是一種具有高速通信能力的信息總線，一般采用雙絞線、同軸電纜或光導纖維構成。為了實現集散控制系統(tǒng)各站之間數據的合理傳送，通信系統(tǒng)必須采用一定的網絡結構，并遵循一定的網絡通信協(xié)議。

5.管理計算機。它是集散控制系統(tǒng)的主機，習慣上稱它為上位機，它監(jiān)視全系統(tǒng)的各單位，管理全系統(tǒng)的所有信息，具有進行大型復雜運算的能力以及對輸入、多輸出控制功能，以實現系統(tǒng)的最優(yōu)控制和全廠的優(yōu)化管理。

集散控制特點

集散控制系統(tǒng)具有集中管理和分散控制的顯著特征，成為了當前主流的過程工業(yè)自動化控制與管理設備，它的主要特點可以分為以下幾個方面。

1.功能分散。功能分散是指對過程參數的運算處理、檢測、控制策略的實現、控制信息的輸出以及過程參數的實時控制等都是在現場的控制單元中自動進行，從而實現了功能的高度分散。一方面，控制和數據采集設備可以盡可能地接近現場安裝，避免了模擬信號的遠距離傳輸，提高了運行的可靠性；另一方面，所有的過程控制單元都由自身的計算機管理，使系統(tǒng)發(fā)生故障時影響面小，危險分散，提高了系統(tǒng)的安全性。

2.分級遞階結構。它是從系統(tǒng)工程出發(fā)，考慮系統(tǒng)控制功能分散、提高可靠性、強化系統(tǒng)應用靈活性、危險分散、降低投資成本、便于維修和技術更新等而得出的。分級遞階結構通常分為四級。第一級是過程控制級，根據上層決策直接控制過程或對象的狀態(tài)；第二級是優(yōu)化控制級，根據上層給定的目標函數或約束條件、系統(tǒng)辨識的數學模型得出優(yōu)化控制策略，對過程控制進行設定點控制；第三級為自適應控制級，根據運行經驗，補償工況變化對控制規(guī)律的影響，維持系統(tǒng)在最佳狀態(tài)；第四級為工廠管理級，其任務是決策、管理、計劃、調度和調節(jié)，根據系統(tǒng)總任務或總目標。規(guī)定各級任務并決策協(xié)調各級任務。

3.信息綜合與集中管理。集中監(jiān)視可以提供豐富的顯示手段和顯示方式，給出全局和局部的運行信息，更好地監(jiān)視和管理生產過程。集中管理與操作可以保證操作的一致性，改變系統(tǒng)運行條件的操作是由專門人員進行，減少了誤操作的可能。

集散控制先進控制技術

編輯

DCS在控制上的最大特點是依靠各種控制、運算模塊的靈活組態(tài)，可實現多樣化的控制策略以滿足不同情況下的需要，使得在單元組合儀表實現起來相當繁瑣與復雜的命題變得簡單。隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經典控制理論為基礎的控制方案已經不能適應，以多變量預測控制為代表的先進控制策略的提出和成功應用之后，先進過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關注。需要強調的是，廣泛應用各種先進控制與優(yōu)化技術是挖掘并提升DCS綜合性能最有效、最直接、也是最具價值的發(fā)展方向。

在實際過程控制系統(tǒng)中，基于PID控制技術的系統(tǒng)占80%以上，PID回路運用優(yōu)劣在實現裝置平穩(wěn)、高效、優(yōu)質運行中起到舉足輕重的作用，各DCS廠商都以此作為搶占市場的有力競爭砝碼，開發(fā)出各自的PID自整定軟件。另外，根據DCS的控制功能，在基本的PID算法基礎上，可以開發(fā)各種改進算法，以滿足實際工業(yè)控制現場的各種需要，諸如帶死區(qū)的PID控制、積分分離的PID控制、微分先行的PID控制、不完全微分的PID控制、具有邏輯選擇功能的PID控制等等。

與傳統(tǒng)的PID控制不同，基于非參數模型的預測控制算法是通過預測模型預估系統(tǒng)的未來輸出的狀態(tài)，采用滾動優(yōu)化策略計算當前控制器的輸出。根據實施方案的不同，有各種算法，例如，內?？刂?、模型算法控制、動態(tài)矩陣控制等。實用預測控制算法已引入DCS，例如IDCOM控制算法軟件包已廣泛應用于加氫裂化、催化裂化、常壓蒸餾、石腦油催化重整等實際工業(yè)過程。此外，還有霍尼韋爾公司的HPC，橫河公司的PREDICTROL，山武霍尼韋爾公司在TDC-3000LCN系統(tǒng)中開發(fā)的基于卡爾曼濾波器的預測控制器等等。這類預測控制器不是單純把卡爾曼濾波器置于以往預測控制之前進行噪聲濾波，而是把卡爾曼濾波器作為最優(yōu)狀態(tài)推測器，同時進行最優(yōu)狀態(tài)推測和噪聲濾波。

先進控制算法還有很多。國內、外許多控制軟件公司和DCS廠商都在競相開發(fā)先進控制和優(yōu)化控制的工程軟件包，希望在組態(tài)軟件中嵌入先進控制和優(yōu)化控制策略。

集散控制發(fā)展趨勢

編輯

近年來，在DCS關聯(lián)領域有許多新進展，主要表現在如下一些方面。

（1）系統(tǒng)功能向開放式方向發(fā)展 傳統(tǒng)DCS的結構是封閉式的，不同制造商的DCS之間難以兼容。而開放式的DCS將可以賦予用戶更大的系統(tǒng)集成自主權，用戶可根據實際需要選擇不同廠商的設備連同軟件資源連入控制系統(tǒng)，達到最佳的系統(tǒng)集成。這里不僅包括DCS與DCS的集成，更包括DCS與PLC、FCS及各種控制設備和軟件資源的廣義集成。

（2）儀表技術向數字化、智能化、網絡化方向發(fā)展 工業(yè)控制設備的智能化、網絡化發(fā)展，可以促使過程控制的功能進一步分散下移，實現真正意義上的“全數字”、“全分散”控制。另外，由于這些智能儀表具有的精度高、重復性好、可靠性高，并具備雙向通信和自診斷功能等特點，致使系統(tǒng)的安裝、使用和維護工作更為方便。

（3）工控軟件正向先進控制方向發(fā)展 廣泛應用各種先進控制與優(yōu)化技術是挖掘并提升DCS綜合性能最有效、最直接、也是最具價值的發(fā)展方向，主要包括先進控制、過程優(yōu)化、信息集成、系統(tǒng)集成等軟件的開發(fā)和產業(yè)化應用。在未來，工業(yè)控制軟件也將繼續(xù)向標準化、網絡化、智能化和開放性發(fā)展方向。

（4）系統(tǒng)架構向FCS方向發(fā)展 單純從技術而言，現階段現場總線集成于DCS可以有三種方式：① 現場總線于DCS系統(tǒng)I/O總線上的集成――通過一個現場總線接口卡掛在DCS的I/O總線上，使得在DCS控制器所看到的現場總線來的信息就如同來自一個傳統(tǒng)的DCS設備卡一樣。例如Fisher-Rosemount公司推出的DeltaV系統(tǒng)采用的就是此種集成方案。② 現場總線于DCS系統(tǒng)網絡層的集成――就是在DCS更高一層網絡上集成現場總線系統(tǒng)，這種集成方式不需要對DCS控制站進行改動，對原有系統(tǒng)影響較小。如Smar公司的302系列現場總線產品可以實現在DCS系統(tǒng)網絡層集成其現場總線功能。③ 現場總線通過網關與DCS系統(tǒng)并行集成――現場總線和DCS還可以通過網關橋接實現并行集成。如SUPCON的現場總線系統(tǒng)，利用HART協(xié)議網橋連接系統(tǒng)操作站和現場儀表，從而實現現場總線設備管理系統(tǒng)操作站與HART協(xié)議現場儀表之間的通信功能。

一直以來DCS的重點在于控制，它以“分散”作為關鍵字。但現代發(fā)展更著重于全系統(tǒng)信息綜合管理，今后“綜合”又將成為其關鍵字，向實現控制體系、運行體系、計劃體系、管理體系的綜合自動化方向發(fā)展，實施從最底層的實時控制、優(yōu)化控制上升到生產調度、經營管理，以至最高層的戰(zhàn)略決策，形成一個具有柔性、高度自動化的管控一體化系統(tǒng)。2100433B

集散控制技術是以通信網絡為基礎，綜合應用計算機、通信、顯示和控制等技術，實現生產過程集中管理、分散控制的多級計算機監(jiān)控技術。