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山西快乐十分走势图一号码分布图: 研制超級TCD 檢測器 的關鍵技術——SRFC-I型超精模糊控制???/strong>

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山西快乐十分前三预测 www.cxclik.com.cn 研制超級TCD 檢測器 的關鍵技術

——SRFC-I型超精模糊控制???/NOBR>

摘要: 國產 TCD低檔的根本原因,是 買不來精確溫控技術依然采用傳統 PID 控制 ,使TCD池溫波動難以突破±1%(專家認為, PID 控制 TCD的真實 性能為100℃±1℃ ),造成TCD的靈敏度、信噪比和重復性等性能都很低 。本文將介紹,采用 SRFC-I 型超精模糊控制??榭刂?/SPAN> TCD 的性能都大幅度提高。

一.問題的提出

不難發現,高檔TCD技術中的大多數技術都可以通過“拿來主義”得到,但有一些技術買不來,成為限制國產分析儀器進步的枷鎖。

我們先來看影響 熱導檢測器(TCD) 靈敏度的因素有:

1.  熱導池橋電流(橋電流大,靈敏度高);

2.  熱導元件阻值(阻值大,靈敏度高);

3.  熱導池氣室的孔徑(孔徑小,峰高檢測靈敏度高);

4.  熱導池電源(輸出阻抗高,靈敏度高);

5.  載氣的種類(He、H2輕載氣,靈敏度高);

6.  載氣的流量(一般載氣流量小,靈敏度高);

7.  載氣的純度(載氣純度高,靈敏度高);

8.  工作溫度(工作溫度低,靈敏度高);

9.  信噪比(信噪比高,靈敏度高)。

在上述影響 TCD 靈敏度的9個因素中,因素1-8是通過“拿來主義”可以得到的技術;而因素9(信噪比)是難以得到的技術。在因素9中,影響最大的元素是池 溫波動 ,它決定著TCD噪聲比的94%,如 表1 所示 。

 

擁有精確溫控技術的國外知名企業,已經將 TCD 溫波動 減小到 ±0. 2 (據國內氣相色譜專家推斷),這就極大的提高 TCD 的信噪比。為了壟斷市場和超額利潤,他們嚴密封鎖了精確溫控技術,逼迫我國 只能延用傳統 PID 控制 ,由此造成TCD溫池性能鉗制在過渡過程時間大于5小時,池 溫波動 大于 ±1 的落后水平 ; TCD 信噪比得不到抑制;我國只能制造低檔氣相色譜儀。

顯然,精確溫控技術 是研制高檔TCD的核心技術,而高性能TCD又是研制 中高檔氣相色譜儀的核心技術 。

二. TCD池溫低性能的原因

本文將闡述,采用溫場結構、犧牲快速性和PID控制是造成國產TCD池溫低性能的三大隱性殺手。 

1.  溫場結構造成不可控噪聲

人們對客觀世界的認知是有限的,我們還有許多的無奈。比如,傳統控制理論只認知了線性控制系統,而對有非線性、時變性和不確定性的工業系統還不甚了了,傳統控制面臨著嚴峻的挑戰。

傳統PID控制沒有精確控制有滯后系統的有效方法。通常TCD采用溫場結構克服測溫滯后。具體說,就是在TCD外面加一個溫場加熱爐并將測溫頭緊貼加熱器回避測溫滯后,如圖1所示。 

 

圖1  溫場結構的 T CD

溫場結構雖然克服了滯后提高了PID控制性能。但是由于TCD被置于溫場閉環控制系統之外,使 TCD 內部擾 (比如:橋流、載氣流量、池壓力和機械沖擊等)不能及時控制,影響了自身恒溫,也影響了溫場的恒溫,最終導致了不可控噪聲。分析如下:請參見圖2, TCD 內部擾 動直接作用到 TCD 上而導致 TCD 溫度波動( 影響自身恒溫 ),這一變化通過結構內部熱傳遞又反過來影響了爐溫( 影響溫場恒溫 ),于是爐溫控制系統發揮作用維持爐溫的恒定。然而,這個爐溫的控制精度即便很高并不代表對 TCD 溫度的控制具有同樣的動態與靜態精度?;謊災?,對于不同強度的擾動應該有一個與之對應的最佳爐溫來克服其產生的TCD溫度偏差。另一方面,雖然爐溫的反饋控制系統也包含了對各擾動所產生后果的克服,但不難看出控制通道比擾動通道長的多,亦即:擾動對TCD的影響快而有效,而控制作用欲將TCD的受擾狀況‘拉 ’回來,需要經過以下流程:TCD→爐溫→PID調節器輸出→加熱器功率→爐溫→TCD,不僅要花費很長時間,而且動態誤差不可避免,還可能會有不可控的波動。

2.  犧牲快速性制造了中國式頑疾

傳統PID沒有精確控制時變參數系統的有效方法。為了回避TCD池溫系統的時變和減小加熱功率,通常采用TCD絕熱。絕熱后的TCD慣性時間減小,PID控制只能犧牲快速性才能實現無超調(高穩定性)控制。業內人士知道,犧牲快速性保證穩定性失去了自動控制的實用性;另外,對TCD池溫系統而言,犧牲的快速性就等于犧牲了抗干擾能力,這是精確控制的基本原則。然而,我國測定TCD性能的過程嚴重違背了基本原則。國產TCD通常是在理想使用環境條件下(不允許開門窗、不允許人員走動的無干擾環境),采用超常的過渡過程時間(過渡過程時間≥5小時)進行測定。這樣測定的TCD性能,不僅不能代表TCD實際性能,而且是一種“假”指標。實際應用后,必然發生穩定性、可靠性、靈敏度和重復率等問題。這就是國產分析儀器存在的中國式頑疾(說明書上是高性能指標,實際上是低性能、低穩定性、低可靠性、低靈敏度和低重復率)的內幕。

另外,常見一些國產儀器儀表用張冠李戴指標誤導用戶。最常見的張冠李戴指標是用測溫頭(或溫度變送器)的性能指標(0.1%)冒充控制性能指標,而系統實際控制性能比張冠李戴指標低了一、二個數量級,這也是中國式頑疾。理智的企業家應當清楚,用張冠李戴指標誤導用戶不僅擾亂了市場,毀壞了中國產品的名譽,更直接的危害是損害企業信譽。

3.  PID控制TCD池溫波動難以突破±1%

我們將一般穩定系統的響應分為衰減振蕩收斂和無振蕩收斂等兩種形式。據此,我們定義 雙邊收斂和單邊收斂等 兩種靜態特征。

定義1. 我們把系統動態響應為衰減振蕩形式的靜態特征,定義為 雙邊收斂 。

定義2. 我們把系統動態響應為無振蕩收斂形式的靜態特征,定義為 單邊收斂 。

雙邊收斂 表達了靜態特征是 等幅波動 的一類系統;而 單邊收斂 表達了靜態特征是持續收斂逼近于零的一類系統。

為了兼顧穩、快、準三項性能,PID控制一般不能將系統的靜態調整到單邊收斂,否則,系統動態將失去快速性;一般只能從動態快速性方面考慮,將系統動態響應調整到衰減振蕩收斂形式, 最有代表性的是4:1衰減比 衰減振蕩 。這樣一來, PID控制系統的靜態只能是 雙邊收斂 形式。實踐表明,這種 雙邊收斂 形式的靜差較大,比如PID控制的TCD池溫波動大于±1%。

問題是,我們能否研制出動態快速,靜態單邊收斂的控制系統呢?后面將告訴你: SRFC— I型 超精模糊控制 ??榭刂頻?/SPAN> TCD就具有這種動態快速,靜態單邊收斂的系統。

四.SRFC-I型超精模糊控制???/FONT>

2007年4月, 北京泛控科技有限公司 應國家氣相色譜儀產業化項目和質譜儀產業化項目的邀請, 采用 自主產權的 SRFC— I型 超精模糊控制 ??椋虺艻型 ???/FONT> )控制了 TCD ,性能十分優秀,如下:

1.  支撐無溫場結構的 TCD

研究表明,撤銷溫場采用無溫場結構是進一步提高TCD性能的最好方法,如圖3所示。然而,撤銷溫場采用無溫場結構后,控制方法將面對挑戰。

I型 ??椴捎孟冉刂撲惴ǎ螅?/FONT> 支撐了無溫場結構 TCD ,實現了及時測量抵抗 TCD 內部干擾,大幅度提高信噪比;同時, I型 ??椴捎帽淙萘靠刂剖迪至?/FONT> 快速性與穩定性的統一,也就是系統響應實現了即快速又不超調的性能。

2.  支撐高性能的先進控制算法

I型 ??椴捎玫南冉刂撲惴ㄓ瀉:評硨臀恢?NOBR oncontextmenu="return false;" onmousemove=kwM(7); id=clickeyekey7 onmouseover="kwE(event,7, this);" style="COLOR: rgb(102,0,255); BORDER-BOTTOM: rgb(102,0,255) 1px dotted; BACKGROUND-COLOR: transparent; TEXT-DECORATION: underline" onclick="return kwC(event,7)" onmouseout="kwL(event, this);" target="_1">學習等兩種方法。

函數化模糊推理是自主創新的模糊推理算法,其核心進步是發現了模糊推理函數化方法,解決了運算速度低,控制難控對象調整簡單的難題。

位置學習也是自主創新的控制算法,其核心進步是解決了消除靜差算法(比如積分器)破壞系統穩定性的難題, 實現單邊收斂 。

I型 ??榭刂?/FONT> TCD 的性能如下: 在過渡過程時間35分鐘條件下,池 溫波動 100 小于 ±0.0 5  (歡迎同仁交流競賽) 。

五.結論

1.  PID控制TCD系統的靜差止步于 等幅波動 不可能太小。

2.  PID控制采用犧牲快速性控制時變系統的方法降低了抗干擾能力,造成儀器 低穩定性、低可靠性、低靈敏度和低重復率 。

3.  溫場結構不能抵抗TCD內部干擾, 造成不可控噪聲 。

4.  SRFC— I型 超精模糊控制 ??榭梢鑰刂莆尬魯〗峁溝腡CD,在恒溫控制 TCD溫池的同時克服了 TCD內部干擾,降低了 不可控 噪聲,提高了 靈敏度 。

5.  SRFC— I型 超精模糊控制 ??樗惴ㄏ冉?/SPAN> ,控制TCD的抗干擾能力強,池溫波動100 小于 ±0. 05 。

樊遠征

200 8年3月17日

單位: 北京泛控科技有限公司  

地址: 北京市海淀區翠微路 2 7 408  室(郵編: 100036 )。  

聯系人: 高小艷

聯系電話: 010- 86842988 , 13701372187 ,  010-63358841 ,010-68217894

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日期:2008-4-1      作者:樊遠征      來源:北京泛控科技有限公司
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