項(xiàng)目九—復(fù)雜控制系統(tǒng).講課講稿

1、項(xiàng)目九復(fù)雜控制系統(tǒng). 復(fù)雜控制系統(tǒng)包含了哪些，你知道嗎？復(fù)雜控制系統(tǒng)包含了哪些，你知道嗎？復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)串級(jí)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 均勻均勻控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)比值比值控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)分程分程控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 前饋前饋控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 取代取代控制控制系統(tǒng)系統(tǒng) 三沖量三沖量控制系控制系統(tǒng)統(tǒng) 任務(wù)一 串級(jí)控制系統(tǒng)工藝控制指標(biāo)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)工藝控制指標(biāo)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。作用的被控變量。1任務(wù)一 串級(jí)控制系統(tǒng)為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。按主變量的測量值與給定值而工作

2、，其輸按主變量的測量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個(gè)控制器。出作為副變量給定值的那個(gè)控制器。串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。種需要而引入的輔助變量。任務(wù)一 串級(jí)控制系統(tǒng)由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，由主變量的測量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。執(zhí)行器和主、副對象構(gòu)成的外回路。由副變量的測量變送裝置，副控制器執(zhí)行器和由副變量的測量變送裝置，副控制器執(zhí)行器和副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。副對象所構(gòu)成的內(nèi)回路。其給定值來自主控制器的輸出，并按副變其給定值來自主控制器的輸出，并按副變量的測量值與給定值的偏

3、差而工作的那個(gè)量的測量值與給定值的偏差而工作的那個(gè)控制器?？刂破?。看圖說話！看圖說話！連續(xù)反應(yīng)釜溫度控制示意圖連續(xù)反應(yīng)釜溫度控制示意圖 物料自頂部連續(xù)進(jìn)入釜中，物料自頂部連續(xù)進(jìn)入釜中，經(jīng)反應(yīng)后由底部排出。反經(jīng)反應(yīng)后由底部排出。反應(yīng)產(chǎn)生的熱量由夾套中的應(yīng)產(chǎn)生的熱量由夾套中的冷卻水帶走。為保證產(chǎn)品冷卻水帶走。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，對反應(yīng)溫度質(zhì)量，對反應(yīng)溫度T1要進(jìn)要進(jìn)行嚴(yán)格控制。行嚴(yán)格控制。 工藝要求工藝要求:被控過程有三個(gè)熱容積，即夾套中的冷卻水、釜壁和釜中物料。被控過程有三個(gè)熱容積，即夾套中的冷卻水、釜壁和釜中物料。 選取冷卻水流量為調(diào)節(jié)參數(shù)選取冷卻水流量為調(diào)節(jié)參數(shù),構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)構(gòu)成單回路控制

4、系統(tǒng) 引起溫度引起溫度T T1 1變化的干擾因素有：變化的干擾因素有：進(jìn)料方面有進(jìn)料流量、進(jìn)料入口溫度和化學(xué)組成，用進(jìn)料方面有進(jìn)料流量、進(jìn)料入口溫度和化學(xué)組成，用F F1 1表示；表示；冷卻水方面有水的入口溫度和閥前壓力，用冷卻水方面有水的入口溫度和閥前壓力，用F F2 2表示。表示。 問題：過渡過程時(shí)間長，調(diào)節(jié)不及時(shí)問題：過渡過程時(shí)間長，調(diào)節(jié)不及時(shí) 將將兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)兩個(gè)調(diào)節(jié)器串聯(lián)在一起工作，各自完成不同任務(wù)的系統(tǒng)在一起工作，各自完成不同任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，就是串級(jí)控制的基本思想。根據(jù)這一構(gòu)思，反應(yīng)釜溫度結(jié)構(gòu)，就是串級(jí)控制的基本思想。根據(jù)這一構(gòu)思，反應(yīng)釜溫度串級(jí)控制示意圖為串級(jí)控制示意圖為爐膛出

5、口燃料原料油TT1TC1MTT2TC2外給TT管式加熱爐溫度控制管式加熱爐溫度控制MTT2TC2外給外給TTT1TC1T給定給定飽和蒸汽飽和蒸汽過熱蒸汽過熱蒸汽減溫水減溫水給水給水鍋爐主蒸汽溫度控制鍋爐主蒸汽溫度控制串級(jí)控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)框圖串級(jí)控制系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)框圖 主回路主回路 -定值控制定值控制副回路副回路 -隨動(dòng)控制隨動(dòng)控制副回路主回路副對象：副對象：由副控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備，如上例中載熱體流量檢由副控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備，如上例中載熱體流量檢測點(diǎn)到控制閥之間的管道。測點(diǎn)到控制閥之間的管道。主控制器：主控制器：按主控變量的測量值與工藝規(guī)定值（即設(shè)定值按主控變量的測量值

6、與工藝規(guī)定值（即設(shè)定值y y1010）之間的偏差）之間的偏差工作，其輸出作為副控制器的設(shè)定值，在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用。如上例工作，其輸出作為副控制器的設(shè)定值，在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用。如上例中的中的TCTC。副控制器：副控制器：按副控變量的測量值與主控制器來的設(shè)定值之間的偏差工作，按副控變量的測量值與主控制器來的設(shè)定值之間的偏差工作，其輸出直接操縱執(zhí)行器。如上例中的其輸出直接操縱執(zhí)行器。如上例中的FCFC。主回路：主回路：由主對象、主測量變送器、主控制器、副控制器、控制閥及副對由主對象、主測量變送器、主控制器、副控制器、控制閥及副對象構(gòu)成的外回路，亦稱外環(huán)或主環(huán)。象構(gòu)成的外回路，亦稱外環(huán)或主環(huán)。副回路：

7、副回路：由副對象、副測量變送器、副控制器及控制閥構(gòu)成的回路由副對象、副測量變送器、副控制器及控制閥構(gòu)成的回路, ,亦稱內(nèi)亦稱內(nèi)環(huán)或副環(huán)。環(huán)或副環(huán)。主控（變）量：主控（變）量：指工藝控制指標(biāo)，是在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控量指工藝控制指標(biāo)，是在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控量y1，即上例中的冷流體出口溫度，即上例中的冷流體出口溫度T10。副控（變）量：副控（變）量：指為了穩(wěn)定主控變量或某種需要引入的輔助變量指為了穩(wěn)定主控變量或某種需要引入的輔助變量y2，如上例，如上例中的載熱體流量中的載熱體流量F2。主對象：主對象：由主控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備，如上例中的換熱器以及從由主控變量表征其主

8、要特性的生產(chǎn)設(shè)備，如上例中的換熱器以及從控制閥到冷流體出口溫度檢測點(diǎn)之間的所有管道。控制閥到冷流體出口溫度檢測點(diǎn)之間的所有管道。2 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)對于同一對象對于同一對象)()()(02010sGsGsG單回路控制單回路控制串級(jí)控制串級(jí)控制串級(jí)控制：副回路串級(jí)控制：副回路粗調(diào)粗調(diào); 主回路主回路細(xì)調(diào)細(xì)調(diào)綜上所述，串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：綜上所述，串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1 1）改善了對象特征，起了超前控制作用；）改善了對象特征，起了超前控制作用；2 2）能改善對象的動(dòng)態(tài)特性，提高了工作效率；）能改善對象的動(dòng)態(tài)特性，提高了工作效率；3 3）提高了控制器總放大倍數(shù)，增強(qiáng)了

9、抗干擾能力；）提高了控制器總放大倍數(shù)，增強(qiáng)了抗干擾能力；4 4）具有一定的自適應(yīng)能力，適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的變化。）具有一定的自適應(yīng)能力，適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的變化。結(jié)論：結(jié)論：副回路改善了動(dòng)特性、提高了響應(yīng)速度和工作頻率；副回路改善了動(dòng)特性、提高了響應(yīng)速度和工作頻率；當(dāng)主、副時(shí)間常數(shù)比值一定，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)越大，工當(dāng)主、副時(shí)間常數(shù)比值一定，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)越大，工作頻率越高；同樣，當(dāng)比例系數(shù)一定，主、副時(shí)間常數(shù)比值作頻率越高；同樣，當(dāng)比例系數(shù)一定，主、副時(shí)間常數(shù)比值越大，工作頻率也越高。其結(jié)果使振蕩周期縮短，提高了系越大，工作頻率也越高。其結(jié)果使振蕩周期縮短，提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。統(tǒng)的控制

10、質(zhì)量。3 3 串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍 適用于容量滯后較大的過程適用于容量滯后較大的過程 選容量滯后較小的輔助變量，組成副回路以減小時(shí)間常數(shù)，選容量滯后較小的輔助變量，組成副回路以減小時(shí)間常數(shù)，提高工作頻率。提高工作頻率。加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)、適用于純滯后較大的過程適用于純滯后較大的過程仿絲膠液壓力與壓力串級(jí)控制系統(tǒng)工藝要求：工藝要求：過濾前的壓力穩(wěn)定在過濾前的壓力穩(wěn)定在250KPa250KPa特點(diǎn)：特點(diǎn)：距離長，純滯后時(shí)間長。距離長，純滯后時(shí)間長。在離調(diào)節(jié)閥較近、純時(shí)延較小的地方，選擇一個(gè)輔助參數(shù)在離調(diào)節(jié)閥較近、純時(shí)延較小的地方，選擇一個(gè)輔助參數(shù)作

11、為副參數(shù)，構(gòu)成一個(gè)純滯后較小的副回路。作為副參數(shù)，構(gòu)成一個(gè)純滯后較小的副回路。計(jì)量泵、應(yīng)用于干擾變化劇烈、幅度大的過程、應(yīng)用于干擾變化劇烈、幅度大的過程工藝要求：工藝要求：汽包液位控制汽包液位控制特點(diǎn)：特點(diǎn)：快裝鍋爐容量小，蒸汽流量與水壓變化頻繁、激烈快裝鍋爐容量小，蒸汽流量與水壓變化頻繁、激烈三三 沖量液位串級(jí)控制。沖量液位串級(jí)控制?？煅b鍋爐三沖量液位串級(jí)控制、應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程、應(yīng)用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程常壓塔塔頂出口溫度和一線溫度串級(jí)控制常壓塔塔頂出口溫度和一線溫度串級(jí)控制同一種介質(zhì)控制兩種參數(shù)同一種介質(zhì)控制兩種參數(shù)單回路控制：兩套裝置，不經(jīng)濟(jì)又無法工作單回路控制：兩套裝置，不經(jīng)濟(jì)又

12、無法工作. .應(yīng)用于非線性過程應(yīng)用于非線性過程合成反應(yīng)器溫度串級(jí)控制：換熱器呈非線性特性合成反應(yīng)器溫度串級(jí)控制：換熱器呈非線性特性特點(diǎn)：特點(diǎn)：負(fù)荷或操作條件改變導(dǎo)致過程特性改變。若單回路控負(fù)荷或操作條件改變導(dǎo)致過程特性改變。若單回路控制，需隨時(shí)改變調(diào)節(jié)器整定參數(shù)以保證系統(tǒng)的衰減率不變；制，需隨時(shí)改變調(diào)節(jié)器整定參數(shù)以保證系統(tǒng)的衰減率不變；串級(jí)控制，則可自動(dòng)調(diào)整副調(diào)節(jié)器的給定值。串級(jí)控制，則可自動(dòng)調(diào)整副調(diào)節(jié)器的給定值。4 4 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 副回路的設(shè)計(jì)與副參數(shù)的選擇副回路的設(shè)計(jì)與副參數(shù)的選擇2.2.主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇3.3.主、副調(diào)節(jié)器正、

13、反作用方式的選擇主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇 副回路的設(shè)計(jì)與副參數(shù)的選擇副回路的設(shè)計(jì)與副參數(shù)的選擇選擇原則：選擇原則：（1 1）副參數(shù)要物理可測、副對象的時(shí)間常數(shù)要小、純滯后時(shí)間應(yīng)副參數(shù)要物理可測、副對象的時(shí)間常數(shù)要小、純滯后時(shí)間應(yīng) 盡可能短盡可能短（2 2）副回路應(yīng)盡可能多地包含變化頻繁、幅度大的干擾，但也副回路應(yīng)盡可能多地包含變化頻繁、幅度大的干擾，但也 不是越多越好不是越多越好a a）燃料油壓力為主要干擾）燃料油壓力為主要干擾b) b) 燃料油粘度、成分、熱值、處理量為主要干擾燃料油粘度、成分、熱值、處理量為主要干擾（3 3）主、副被控過程的時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)匹配主、副被控過程的時(shí)間常數(shù)

14、要適當(dāng)匹配當(dāng)串級(jí)控制與單回路控制的阻尼系數(shù)相等時(shí)，有當(dāng)串級(jí)控制與單回路控制的阻尼系數(shù)相等時(shí)，有2022010201020102010211/1/1/1/cvmK K K KTTTTTTTT串單假設(shè)假設(shè)20221cvmK K K K為常量為常量主、副被控過程的時(shí)間常數(shù)的比值主、副被控過程的時(shí)間常數(shù)的比值不能太大也不能太小，應(yīng)適當(dāng)匹配。不能太大也不能太小，應(yīng)適當(dāng)匹配。結(jié)論結(jié)論: :為使主、副回路之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系較小，為使主、副回路之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系較小，避免引起系統(tǒng)共振，通常選擇時(shí)間常避免引起系統(tǒng)共振，通常選擇時(shí)間常數(shù)的比值在數(shù)的比值在3 31010范圍內(nèi)為宜。范圍內(nèi)為宜。3/, 3/0201TT副主使

15、使（4 4）應(yīng)綜合考慮控制質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性要求應(yīng)綜合考慮控制質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性要求 冷劑液位為副參數(shù)，投資少，控制質(zhì)量不高；冷劑液位為副參數(shù)，投資少，控制質(zhì)量不高； 冷劑蒸發(fā)壓力為副參數(shù)，投資多，但副回路比較靈敏，冷劑蒸發(fā)壓力為副參數(shù)，投資多，但副回路比較靈敏， 控制質(zhì)量較高?？刂瀑|(zhì)量較高。選擇應(yīng)視具體情況而定。選擇應(yīng)視具體情況而定。2.2.主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主調(diào)：主調(diào)：定值控制；定值控制；副調(diào)：副調(diào)：隨動(dòng)控制。隨動(dòng)控制。 主被控參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的主被控參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動(dòng)的范圍很小，一般要求無靜差，因此，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選范圍很小，一般要求無

16、靜差，因此，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選PIPI或或PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律。調(diào)節(jié)規(guī)律。 副被控參數(shù)允許有靜差副被控參數(shù)允許有靜差P,P,一般不引入一般不引入PIPI；當(dāng)選流；當(dāng)選流量為副參數(shù)時(shí)，為保穩(wěn)定，量為副參數(shù)時(shí)，為保穩(wěn)定，P P較大，可引入積分，即采用較大，可引入積分，即采用PIPI，以增強(qiáng)控制作用；一般不引入微分，否則會(huì)使調(diào)節(jié)閥，以增強(qiáng)控制作用；一般不引入微分，否則會(huì)使調(diào)節(jié)閥動(dòng)作過大或過于頻繁，對控制不利。動(dòng)作過大或過于頻繁，對控制不利。3.3.主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇選擇步驟：選擇步驟：工藝要求工藝要求調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)副調(diào)節(jié)器的正、反作用副調(diào)

17、節(jié)器的正、反作用主、副過程的正、反作用主、副過程的正、反作用主調(diào)節(jié)器的正、反作用。主調(diào)節(jié)器的正、反作用。示例：示例：燃油閥氣開，副對象燃油閥氣開，副對象為正過程，副調(diào)為反為正過程，副調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器；主對象作用調(diào)節(jié)器；主對象也為正過程，主調(diào)為也為正過程，主調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器反作用調(diào)節(jié)器5 5 串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 整定原則：整定原則： 盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益，提高副回路的頻率，使主、盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益，提高副回路的頻率，使主、副回路的頻率錯(cuò)開，以減少相互影響。副回路的頻率錯(cuò)開，以減少相互影響。1. 1. 逐步逼近整定法逐步逼近整定法1 1） 主開環(huán)、副閉環(huán)，整定副調(diào)的

18、參數(shù)；記為主開環(huán)、副閉環(huán)，整定副調(diào)的參數(shù)；記為12( )CGs2) 2) 副回路等效成一個(gè)環(huán)節(jié)，閉合主回路，整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為副回路等效成一個(gè)環(huán)節(jié)，閉合主回路，整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為11( )CGs3 3）觀察過渡過程曲線，滿足要求，所求調(diào)節(jié)器參數(shù)即為）觀察過渡過程曲線，滿足要求，所求調(diào)節(jié)器參數(shù)即為11( )CGs12( )CGs否則，再整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為否則，再整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為22()CGs。反復(fù)進(jìn)行，滿意為止。反復(fù)進(jìn)行，滿意為止。 該方法適用于主、副過程時(shí)常相差不大、主、副回路動(dòng)態(tài)聯(lián)系密切，該方法適用于主、副過程時(shí)常相差不大、主、副回路動(dòng)態(tài)聯(lián)系密切，需反復(fù)進(jìn)行，費(fèi)時(shí)較多需反復(fù)

19、進(jìn)行，費(fèi)時(shí)較多2. 2. 兩步整定法兩步整定法1 1）主、副閉合，主調(diào)為比例主、副閉合，主調(diào)為比例, ,比例度為比例度為100%100%，先用，先用4 4：1 1衰減衰減 曲線法整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，求得比例度曲線法整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，求得比例度2S2S和振蕩周期和振蕩周期T T2S2S；2)2) 副調(diào)節(jié)器比例度置副調(diào)節(jié)器比例度置2S2S，整定主調(diào)參數(shù)，求得主回路在，整定主調(diào)參數(shù)，求得主回路在4 4：1 1衰減比下的比例度衰減比下的比例度1S1S和振蕩周期和振蕩周期T T1S1S ；根據(jù)兩種情況；根據(jù)兩種情況 下下的比例度和振蕩周期，按經(jīng)驗(yàn)公式求出主、副調(diào)節(jié)器的積的比例度和振蕩周期，按經(jīng)驗(yàn)公式求

20、出主、副調(diào)節(jié)器的積 分時(shí)間和微分時(shí)間，然后再按先副后主、先比例后積分再微分時(shí)間和微分時(shí)間，然后再按先副后主、先比例后積分再微 分的次序投入運(yùn)行，觀察曲線，適當(dāng)調(diào)整，滿意為止。分的次序投入運(yùn)行，觀察曲線，適當(dāng)調(diào)整，滿意為止。3.3.一步整定法一步整定法1 1）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定副調(diào)節(jié)器比例度；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定副調(diào)節(jié)器比例度；2 2）按單回路系統(tǒng)整定方法直接整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)；按單回路系統(tǒng)整定方法直接整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)；3 3）觀察曲線，在約束條件下，適當(dāng)調(diào)整主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，觀察曲線，在約束條件下，適當(dāng)調(diào)整主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，滿意為止。滿意為止。 21ccKK思路：思路：先根據(jù)副過程特性或經(jīng)驗(yàn)確定副調(diào)節(jié)器的

21、參數(shù)，然后一先根據(jù)副過程特性或經(jīng)驗(yàn)確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后一步完成主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。步完成主調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。理論依據(jù)：理論依據(jù)：主、副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)在一定范圍內(nèi)可以任意匹主、副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)在一定范圍內(nèi)可以任意匹配，即在配，即在 的條件下，當(dāng)主、副過程特性一定時(shí)，的條件下，當(dāng)主、副過程特性一定時(shí)， 為一常數(shù)。為一常數(shù)。 5 . 0021ccKK232%3.5minIT 4. 4. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例硝酸生產(chǎn)用氧化爐，主參數(shù)：爐溫，硝酸生產(chǎn)用氧化爐，主參數(shù)：爐溫，PIPI調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；副參數(shù)：氨氣流量，副參數(shù)：氨氣流量，P P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；主、副動(dòng)態(tài)聯(lián)系小，兩步整定法。主、副動(dòng)態(tài)聯(lián)系小，兩步整

22、定法。1223 2 % ,1 5.ssTs16 0 %為為1001001）2 2）副調(diào)置于）副調(diào)置于3232，得主調(diào)的，得主調(diào)的3 3）運(yùn)用計(jì)算公式得：）運(yùn)用計(jì)算公式得：1150%,7min.ssT按結(jié)構(gòu)分類： 開環(huán)和閉環(huán)比值控制系統(tǒng)按實(shí)施方案分類： 相乘和相除方案按比值分類： 定比值和變比值控制方案按控制原理： 屬于前饋控制系統(tǒng)(a)(a)原理圖原理圖FCF1F2(b)(b)方塊圖方塊圖1、開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制器控制閥控制閥對象對象F2測量變送測量變送F1本質(zhì)：整個(gè)控制系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，本質(zhì)：整個(gè)控制系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，F(xiàn)2流量根據(jù)流量根據(jù)F1流量，流量， 按比例系數(shù)開閉

23、閥門按比例系數(shù)開閉閥門場合：這種方案應(yīng)用較少場合：這種方案應(yīng)用較少優(yōu)點(diǎn)：簡單，儀表少優(yōu)點(diǎn)：簡單，儀表少缺點(diǎn)：系統(tǒng)開環(huán)，缺點(diǎn)：系統(tǒng)開環(huán)，F(xiàn)2波動(dòng)時(shí)比值難以保證波動(dòng)時(shí)比值難以保證2、 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng) KF1F2FC 從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒有閉環(huán)，數(shù)沒有閉環(huán)，F(xiàn)2不影響不影響F1 主流量變化，改變副流量控制器給定值主流量變化，改變副流量控制器給定值 隨動(dòng)控制。隨動(dòng)控制。 副流量系統(tǒng)閉環(huán)

24、，穩(wěn)定副流量副流量系統(tǒng)閉環(huán)，穩(wěn)定副流量 定值控制。定值控制。 2、 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)控制器控制器控制閥控制閥對象對象F2測量變送測量變送F1 K測量變送測量變送1 前饋控制的基本概念前饋控制的基本概念TTTCM以下介紹兩個(gè)反饋控制實(shí)例以下介紹兩個(gè)反饋控制實(shí)例 問題的提出問題的提出 反饋控制系統(tǒng)控制滯后、不及時(shí)。反饋控制系統(tǒng)控制滯后、不及時(shí)。 為了改變反饋控制不及時(shí)的狀況及不穩(wěn)定的內(nèi)在因素，提出為了改變反饋控制不及時(shí)的狀況及不穩(wěn)定的內(nèi)在因素，提出 了了前饋控制前饋控制理論。理論。LTMLCFCFT1 前饋控制是按照干擾作用的大小進(jìn)行控制的，如控制作前饋控制是按照干擾作用的大小

25、進(jìn)行控制的，如控制作 用恰到好處，一般比反饋控制要及時(shí)。用恰到好處，一般比反饋控制要及時(shí)。前饋控制與反饋控制的比較：前饋控制與反饋控制的比較： 前饋控制前饋控制 又稱為擾動(dòng)控制，它與反饋控制原理完全不同，又稱為擾動(dòng)控制，它與反饋控制原理完全不同， 它是按引起被控變量變化的干擾大小進(jìn)行控制它是按引起被控變量變化的干擾大小進(jìn)行控制 的，在這種系統(tǒng)中，要直接測量負(fù)載干擾量的的，在這種系統(tǒng)中，要直接測量負(fù)載干擾量的 變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測出時(shí)，調(diào)節(jié)器就變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測出時(shí)，調(diào)節(jié)器就 發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使操縱變量作相應(yīng)變化，發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使操縱變量作相應(yīng)變化， 使兩使兩 者（干擾與操縱變量）抵

26、消于被控變量發(fā)生偏者（干擾與操縱變量）抵消于被控變量發(fā)生偏 差之前。因此，前饋控制對干擾的克服比反饋差之前。因此，前饋控制對干擾的克服比反饋 控制要快?？刂埔?。 前饋控制概念前饋控制概念 組成及原理TTTCMFTFC特點(diǎn)及局限性 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 、前饋控制是一種開環(huán)控制。、前饋控制是一種開環(huán)控制。 、前饋控制按干擾大小進(jìn)行補(bǔ)償。、前饋控制按干擾大小進(jìn)行補(bǔ)償。 、前饋控制的調(diào)節(jié)規(guī)律不同于常規(guī)、前饋控制的調(diào)節(jié)規(guī)律不同于常規(guī)PID調(diào)節(jié)規(guī)律。調(diào)節(jié)規(guī)律。 、前饋控制只能抑制可測不可控的干擾對被控變量的影響。、前饋控制只能抑制可測不可控的干擾對被控變量的影響。 局限性：局限性： 、不可能針對每一個(gè)干擾都設(shè)

27、計(jì)并應(yīng)用一套獨(dú)立的前饋控、不可能針對每一個(gè)干擾都設(shè)計(jì)并應(yīng)用一套獨(dú)立的前饋控 制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 、對不可測的干擾無法實(shí)現(xiàn)前饋控制。、對不可測的干擾無法實(shí)現(xiàn)前饋控制。 、前饋控制調(diào)節(jié)規(guī)律難以實(shí)現(xiàn)。、前饋控制調(diào)節(jié)規(guī)律難以實(shí)現(xiàn)。2 前饋控制系統(tǒng)的主要形式2.1 單純前饋控制系統(tǒng)單純前饋控制系統(tǒng)TTTCMFTFC 換熱器溫度控制換熱器溫度控制、鍋爐汽包液位控制LTMLCFCFT1FT1 前饋控制一般不單獨(dú)使用（因?yàn)檫_(dá)不到預(yù)期效果），實(shí)際上前饋控制一般不單獨(dú)使用（因?yàn)檫_(dá)不到預(yù)期效果），實(shí)際上 常與反饋控制混合使用，即組成前饋常與反饋控制混合使用，即組成前饋反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)。2.2 前饋反饋控制系

28、統(tǒng)TTTCMFTFC 換熱器溫度控制換熱器溫度控制 鍋爐汽包液位控制LTMLCFCFT1FT12.5 2.5 引入前饋的原則及應(yīng)用實(shí)例引入前饋的原則及應(yīng)用實(shí)例2.2.引入前饋控制的原則引入前饋控制的原則1 1）系統(tǒng)存在頻率高、幅值大、可測不可控的干擾，反饋系統(tǒng)存在頻率高、幅值大、可測不可控的干擾，反饋控制難以克服、控制要求高時(shí)；控制難以克服、控制要求高時(shí)；2 2）控制通道時(shí)常大于干擾通道時(shí)常，反饋控制不及時(shí)，控控制通道時(shí)常大于干擾通道時(shí)常，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差；制質(zhì)量差；4 4）盡可能采用靜態(tài)補(bǔ)償而不采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。盡可能采用靜態(tài)補(bǔ)償而不采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。3 3）主要干擾無法用串級(jí)控制使其包含

29、于副回路或副回路滯主要干擾無法用串級(jí)控制使其包含于副回路或副回路滯后過大時(shí)；后過大時(shí)；任務(wù)三 前饋控制系統(tǒng)n3、前饋控制的應(yīng)用場合（1）干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響劇烈，僅采用反饋控制達(dá)不到要求的對象。 （2）主要干擾是可測而不可控的變量。 （3）當(dāng)對象的控制通道滯后大，反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差，可采用前饋或前饋-反饋控制系統(tǒng)，以提高控制質(zhì)量。 2.2.復(fù)合控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例復(fù)合控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例（1 1）蒸發(fā)過程的濃度控制）蒸發(fā)過程的濃度控制50507373葡萄糖液葡萄糖液被控參數(shù)：被控參數(shù)：溶液沸點(diǎn)和水沸點(diǎn)之溫差溶液沸點(diǎn)和水沸點(diǎn)之溫差影響溫差的主要因素：進(jìn)料溶液濃度、影響溫差的主要因素：

30、進(jìn)料溶液濃度、溫度、流量，加熱蒸汽壓力、流量等溫度、流量，加熱蒸汽壓力、流量等. .方案：方案：復(fù)合控制復(fù)合控制蒸汽流量為前饋信號(hào)蒸汽流量為前饋信號(hào)溫差為反饋信號(hào)溫差為反饋信號(hào)進(jìn)料溶液為控制參數(shù)進(jìn)料溶液為控制參數(shù)進(jìn)料（2 2）鍋爐汽包水位控制）鍋爐汽包水位控制被控參數(shù)：被控參數(shù)：汽包水位汽包水位影響因素：影響因素： 蒸汽用量（不可控）蒸汽用量（不可控） 給水流量（選為控制參數(shù)）給水流量（選為控制參數(shù)）解決方案：解決方案：蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水流量為副參數(shù)，蒸汽流量為前饋信號(hào)，給水流量為副參數(shù)，水位為主參數(shù)水位為主參數(shù)前饋反饋串級(jí)控制前饋反饋串級(jí)控制問題：問題：“虛假水位虛假水位” 影響控制效

31、果。影響控制效果。任務(wù)四任務(wù)四 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)一、概述及特點(diǎn) 均勻控制系統(tǒng)：以控制方案所起作用而言，因?yàn)閺慕Y(jié)構(gòu)上無法看出它與簡單控制系統(tǒng)和串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別。 均勻控制系統(tǒng)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：（1）允許表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在一定范圍內(nèi)變化。（2）又要保證它們的變化不過于劇烈。 均勻控制系統(tǒng)是通過控制器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)。二、均勻控制原理 以圖98所示的雙塔系統(tǒng)為例，甲塔的液位需要穩(wěn)定，乙塔的進(jìn)料也需要穩(wěn)定，這兩個(gè)要求是相互矛盾的。為了實(shí)現(xiàn)甲塔的液位穩(wěn)定，設(shè)計(jì)了液位控制系統(tǒng)，其操縱變量是該塔的出料流量，因此，該變量必然要變化，而該變量又是乙塔進(jìn)料，因此，乙塔進(jìn)料必然要變化，若增設(shè)進(jìn)料流

32、量控制系統(tǒng)，又要影響到甲塔的液位控制。圖98 相互沖突的控制系統(tǒng)二、均勻控制原理 以圖98所示的雙塔系統(tǒng)為例，甲塔的液位需要穩(wěn)定，乙塔的進(jìn)料也需要穩(wěn)定，這兩個(gè)要求是相互矛盾的。為了實(shí)現(xiàn)甲塔的液位穩(wěn)定，設(shè)計(jì)了液位控制系統(tǒng)，其操縱變量是該塔的出料流量，因此，該變量必然要變化，而該變量又是乙塔進(jìn)料，因此，乙塔進(jìn)料必然要變化，若增設(shè)進(jìn)料流量控制系統(tǒng)，又要影響到甲塔的液位控制。 解決方案：（1）在甲、乙兩塔間增加中間儲(chǔ)罐，但這樣導(dǎo)致流程復(fù)雜，投資增加等，而且有些工藝由于連續(xù)性要求，不允許增設(shè)中間儲(chǔ)罐。（2）沖突雙方各自降低要求，以求共存。均勻控制體現(xiàn)了這種思想。 由于沖突雙方降低了要求，如允許液位和流量

33、在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，就可以采用均勻控制。圖99 控制目標(biāo)的調(diào)整（a）為無法實(shí)現(xiàn)的兩個(gè)控制目標(biāo)（b）為調(diào)整后體現(xiàn)均勻控制思想的可以實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)。 采用均勻控制后，若有擾動(dòng)使液位升高，不是立刻充分地進(jìn)行調(diào)節(jié)使得液位幾乎不變，而是允許液位有一定幅度的上升，同時(shí)，在液位控制系統(tǒng)作用下，流量也將會(huì)適當(dāng)?shù)卦黾?，來分?dān)液位受到的擾動(dòng)；而當(dāng)流量受到擾動(dòng)后，液位也分擔(dān)流量受到的擾動(dòng)，即“均勻”地互相幫助。三、均勻控制的實(shí)現(xiàn)方案1、簡單均勻控制系統(tǒng) 如圖910所示。從結(jié)構(gòu)上看，該控制系統(tǒng)與簡單控制一樣?！熬鶆颉敝饕w現(xiàn)在控制器參數(shù)整定時(shí)，要按照均勻控制思想進(jìn)行。通常采用純比例控制器，且比例度放在較大的數(shù)值上，同時(shí)

34、觀察兩個(gè)被控變量的過渡過程來調(diào)整比例度。為了防止液位超限，可以引入弱積分作用，但微分作用與均勻控制思想矛盾，不能采用。圖910 簡單均勻控制系統(tǒng)2、串級(jí)均勻控制系統(tǒng) 上述簡單均勻控制雖然結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)方便，但存在問題：u對于壓力擾動(dòng)反應(yīng)不及時(shí)。u當(dāng)系統(tǒng)自衡能力較強(qiáng)時(shí)，控制效果較差。 解決方法：串級(jí)均勻控制。如圖911所示。圖911 串級(jí)均勻控制系統(tǒng) 從結(jié)構(gòu)上看，串級(jí)均勻控制與液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)完全一樣。副控制器中副變量的控制要求不高，而這與均勻控制的要求相似。該系統(tǒng)中，副環(huán)用來克服塔壓變化，主環(huán)中，不對主變量提出嚴(yán)格的要求，采用純比例，一般不用積分。整定控制器參數(shù)時(shí)，主副控制器都采用比例控制

35、，比例度都較大，整定時(shí)主要看主、副變量能否“均勻”地得到控制，而不是要求它們的過渡過程呈某衰減比。任務(wù)五 分程控制系統(tǒng)n一、概述一臺(tái)控制器的輸出可以同時(shí)控制兩臺(tái)甚至兩臺(tái)以上的控制閥?？刂破鞯妮敵鲂盘?hào)被分割成若干個(gè)信號(hào)范圍段，由每一段信號(hào)去控制一臺(tái)控制閥，稱為分程控制系統(tǒng)。 圖7-35分程控制系統(tǒng)方塊圖 任務(wù)五 分程控制系統(tǒng) 兩個(gè)控制閥同向動(dòng)作，即隨著控制器輸出信號(hào)兩個(gè)控制閥同向動(dòng)作，即隨著控制器輸出信號(hào)（即閥壓）的增大或減小，兩控制閥都開大或關(guān)（即閥壓）的增大或減小，兩控制閥都開大或關(guān)小。小。 兩個(gè)控制閥異向動(dòng)作，即隨著控制器輸出信號(hào)兩個(gè)控制閥異向動(dòng)作，即隨著控制器輸出信號(hào)的增大或減小，一個(gè)控制閥開大，另一個(gè)控制閥的增大或減小，一個(gè)控制閥開大，另一個(gè)控制閥則關(guān)小。則關(guān)小。 任務(wù)五 分程控制系統(tǒng)圖7-37兩閥異向動(dòng)作圖7-36兩閥同向動(dòng)作任務(wù)五 分程控制系統(tǒng)n二、分程控制的應(yīng)用場合1.1.用于擴(kuò)