8.液位均勻控制

液位均勻系統(tǒng)戴連奎浙江大學智能系統(tǒng)與決策研究所2004/03/21上一講內(nèi)容回顧介紹了串級控制系統(tǒng)的概念與特點；結合控制原理，具體分析了串級系統(tǒng)的抗干擾性能；討論了串級控制系統(tǒng)的設計原則；詳細介紹了串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定過程.問題討論串級控制的概念，說明與單回路控制的區(qū)別。以左圖的反應器為例，說明引入串級控制的意義。為什么引入串級控制可顯著減少內(nèi)回路的干擾，并顯著提高控制系統(tǒng)魯棒性？如何選擇主副控制器的控制規(guī)律，如何整定PID參數(shù)？串級PID系統(tǒng)的積分飽和問題情況1：流量副回路出現(xiàn)“積分飽和”，可采用單回路抗積分飽和方法；情況2：當主副控制器均采用單回路抗積分飽和方法時，可能出現(xiàn)限位參數(shù)不一致的情形，同樣存在發(fā)生“積分飽和”的可能性。單回路系統(tǒng)的防積分飽和方法：正常情況為標準的PD+PI控制算法；而當出現(xiàn)超限時，通過限制積分作用達到切除積分作用的目的。單回路防積分飽和方法

在串級控制系統(tǒng)中的局限性串級PID控制系統(tǒng)（只采取單回路抗積分飽和措施）(參見模型…/CascadePID/CascadePidwithLimit.mdl)串級系統(tǒng)積分飽和現(xiàn)象仿真串級系統(tǒng)產(chǎn)生積分飽和的原因分析？串級控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器

防積分飽和連接法串級控制系統(tǒng)的防積分飽和串級系統(tǒng)的防積分飽和方法舉例串級PID控制系統(tǒng)（采取抗積分飽和措施）(參見模型…/CascadePID/CasPidwithAntiSatur.mdl)串級系統(tǒng)防積分飽和措施舉例工業(yè)PID控制器常用結構功能:控制輸出跟蹤,防積分飽和,輸出限幅,正反作用選擇,測量值濾波,設定值變化率限幅等.均勻控制內(nèi)容均勻控制的概念與特點；常見的均勻控制系統(tǒng)；均勻控制系統(tǒng)的應用場合；仿真舉例；結論均勻控制問題當塔甲的進料量變化時，希望塔甲的液位h(t)與出料qo(t)同時平穩(wěn)，以確保后續(xù)設備進料波動的減少。這完全不同于單純的液位控制系統(tǒng)（那里只關心液位的平穩(wěn)，而不關注控制變量的變化情況），而要求液位與出料同時“均勻”地變化。均勻控制系統(tǒng)的特點不同于常規(guī)的定值控制系統(tǒng)，而對被控變量(CV)與控制變量(MV)都有平穩(wěn)的要求；為解決CV與MV都希望平穩(wěn)這一對矛盾，只能要求CV與MV都漸變。均勻控制通常要求在最大干擾下，液位在貯罐的上下限內(nèi)波動，而流量應在一定范圍內(nèi)平緩漸變。均勻控制指的是控制功能，而不是控制方案。常用的均勻控制方案單回路均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)討論：兩種方案有何不同？均勻控制系統(tǒng)的分析假設流量回路調(diào)節(jié)迅速，對液位對象而言其動態(tài)滯后可忽略；并不考慮液位測量滯后。則廣義對象特性可表示成A為塔底截面積均勻控制系統(tǒng)的分析(續(xù))假設液位測量范圍為Hmax，進出流量的測量范圍均為Qmax，則廣義對象特性可表示成其中h(t)、qi(t)、qo(t)分別為液位與進出流量的歸一化值。均勻控制系統(tǒng)的分析(續(xù))對于純比例控制器Gc=Kc，可得到的閉環(huán)特性為：純比例均勻控制系統(tǒng)的特點可實現(xiàn)進出物料的自動平衡；當物料的平均停留時間Th一定時，控制器增益Kc的減少可使出料更加平緩，但使液位的波動范圍與余差同時增大；為減少液位的調(diào)節(jié)余差，主控制器需要引入少量的積分作用。均勻控制系統(tǒng)的PID參數(shù)整定對于串級均勻控制系統(tǒng)的副調(diào)節(jié)器，應選擇PI規(guī)律，按單回路工程整定法確定其PI參數(shù)。對于主調(diào)節(jié)器，一般應選擇純比例規(guī)律，即積分時間足夠大。通過調(diào)整增益Kc以使出料盡可能地平緩，而同時確保液位不超出允許范圍。有時為減少液位的調(diào)節(jié)余差，可引入少量的積分作用。當液位測量噪聲較大時，為避免出料流量的同頻率波動，可對液位測量信號進行低通濾波。均勻控制仿真舉例假設流量回路調(diào)節(jié)迅速，對液位對象而言其動態(tài)滯后可忽略；并不考慮液位測量滯后。則廣義對象特性可表示成A為塔底截面積均勻控制SimuLink仿真模型分析均勻控制與液位控制的控制目標與控制參數(shù)的不同(參見模型…/EqualControl/CascadePid.md