過程控制工程課件

MIMO過程的解耦控制多變量控制系統(tǒng)設(shè)計方法單變數(shù)控制系統(tǒng)（多回路控制） 方法簡單，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)不強(qiáng)時，如果配對正確，而且參數(shù)整定合適，應(yīng)用效果良好，較強(qiáng)的魯棒性。解耦控制 方法較複雜，當(dāng)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)較強(qiáng)時，如果對象模型基本正確，可應(yīng)用於實際過程，但魯棒性較弱。多變量控制 方法眾多，相對複雜，可適用於各種實際過程，但魯棒性較弱，通常要求建立對象模型。多變量系統(tǒng)中的耦合基本問題：若採用SISO控制器，如何進(jìn)行輸入輸出變數(shù)之間的配對？多回路PID控制相對增益的概念

第一放大係數(shù)pij：在其他控制量ur(r≠j)均不變的前提下，uj對yi的開環(huán)增益

第二放大係數(shù)pij：在利用控制回路使其他被控量yr(r≠i)均不變的前提下，uj對yi的開環(huán)增益相對增益的概念（續(xù)）

uj至yi通道的相對增益：

相對增益矩陣：相對增益?zhèn)S數(shù)的計算方法1輸入輸出穩(wěn)態(tài)方程相對增益?zhèn)S數(shù)的計算方法2注：上述計算公式中的“●”為兩矩陣對應(yīng)元素的相乘！相對增益?zhèn)S數(shù)的計算方法2(續(xù))例如：穩(wěn)態(tài)增益：練習(xí)：計算λ11，λ33，λ12，λ31?其中detP是矩陣P的行列式；Pij是矩陣P的代數(shù)餘子式。相對增益矩陣的歸一性相對增益矩陣中每行或每列的總和均為1；若相對增益矩陣中，某些元素>1，則對應(yīng)行與列中必然有某些元素<0;λij反映了通道uj與yi之間的穩(wěn)態(tài)增益受其他回路的影響程度.相對增益與耦合程度當(dāng)通道的相對增益接近於1，例如0.8<λij<1.2，則表明其他通道對該通道的關(guān)聯(lián)作用很小;當(dāng)相對增益小於零或接近於零時，說明使用本通道調(diào)節(jié)器不能得到良好的控制效果?；蛘哒f，這個通道的變數(shù)選配不適當(dāng)，應(yīng)重新選擇。當(dāng)相對增益在0.3到0.7之間或者大於1.5時，則表明系統(tǒng)中存在著非常嚴(yán)重的耦合。需要考慮進(jìn)行解耦設(shè)計或採用多變量控制系統(tǒng)設(shè)計方法。變數(shù)配對舉例(調(diào)和過程)為非線性系統(tǒng)！變數(shù)配對舉例（續(xù)）1.設(shè)定穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：Q0（u10,u20,y10,y20）2.穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)Q0附近偏差化變數(shù)配對舉例（續(xù)）3.工作點(diǎn)Q0附近線性化變數(shù)配對舉例（續(xù)）4.對於穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)Q0計算某一相對增益：變數(shù)配對舉例（續(xù)）5.利用相對增益的性質(zhì)計算相對增益矩陣：變數(shù)配對舉例（續(xù)）6.進(jìn)行合適的變數(shù)配對(假設(shè)C1>y20>C2)：變數(shù)配對舉例（續(xù)）7.分析結(jié)論(假設(shè)C1>y20>C2)：（1）變數(shù)配對：用量大的操作變數(shù)控總流量；用量小的操作變數(shù)控濃度。（2）若用量大的操作變數(shù)占總流量75%以上，則只要用常規(guī)多回路就可以；否則，若兩種進(jìn)料量接近，則需要採用非常規(guī)方法，例如解耦設(shè)計。調(diào)和過程工況舉例1F1=80T/hr，F(xiàn)2=20T/hr，F(xiàn)

=100T/hr；C1=75%， C2=25%，C

=64%。相對增益矩陣為：輸入輸出的正確配對：多回路控制方案#1（F-F1,C-F2）調(diào)和過程多回路控制模型#1多回路控制方案#1的閉環(huán)回應(yīng)多回路控制方案#2（C-F1,F-F2）調(diào)和過程多回路控制模型#2多回路控制方案#2的閉環(huán)回應(yīng)耦合過程的控制系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)合適輸入輸出變數(shù)配對後，若關(guān)聯(lián)不大，則可採用常規(guī)的多回路PID控制器；儘管系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，但主要控制通道動態(tài)特性差別較大，仍可通過調(diào)整PID參數(shù)，使各回路的工作頻率拉開；若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動態(tài)特性相近，則需要進(jìn)行解耦設(shè)計。解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計

前饋補(bǔ)償法解耦原理：使y1與uc2無關(guān)聯(lián)；使y2與uc1無關(guān)聯(lián)解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計

前饋補(bǔ)償法（續(xù)）解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計

對角矩陣法解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計

對角矩陣法（續(xù)）解耦控制系統(tǒng)的設(shè)計

單位矩陣法解耦控制系統(tǒng)的簡化設(shè)計

（穩(wěn)態(tài)解耦法）解耦控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

1：初始化問題問題：若u1,u2為“手動”時，如何設(shè)定基本控制器Gc1輸出的初始值，以便無擾動地投入“自動”？解耦控制系統(tǒng)的實現(xiàn)

2：約束問題問題：當(dāng)兩回路均為“自動”時，若u2在運(yùn)行過程中受到了約束，兩控制器有可能都驅(qū)使u1趨向約束。改進(jìn)的解耦控制方案調(diào)和過程的解耦控制舉例調(diào)和過程解耦控制系統(tǒng)仿真被控過程：穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)：Q0（u10,u20,y10,y20）調(diào)和過程解耦控制仿真（續(xù)）模型：相對增益矩陣：問題：如何進(jìn)行變數(shù)配對與解耦控制系統(tǒng)設(shè)計？調(diào)和過程多回路控制仿真模型#3調(diào)和過程多回路控制回應(yīng)調(diào)和過程動態(tài)線性解耦方案動態(tài)線性解耦閉環(huán)回應(yīng)調(diào)和過程線性靜態(tài)解耦方案線性靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)回應(yīng)調(diào)和過程的部分靜態(tài)解耦方案部分靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)回應(yīng)非線性靜態(tài)解耦的一般結(jié)構(gòu)+調(diào)和過程的非線性靜態(tài)解耦++調(diào)和過程非線性靜態(tài)解耦（續(xù)）+調(diào)和過程的非線性完全解耦非線性完全解耦控制仿真模型非線性靜態(tài)解耦系統(tǒng)閉環(huán)回應(yīng)MIMO耦合系統(tǒng)解耦控制小結(jié)應(yīng)通過關(guān)聯(lián)分析並選擇合適的輸入輸出配對:1.若關(guān)聯(lián)不大或主要控制通道動態(tài)特性差別較大，則可採用常規(guī)的多回路PID控制器；2.若系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)關(guān)聯(lián)嚴(yán)重，而且動態(tài)特性相近，則需要進(jìn)行解耦設(shè)計。常用的解耦方法： 前饋解耦、靜態(tài)解耦、部分解耦、線性或非線性解耦等。練習(xí)題巳知過程的開環(huán)穩(wěn)態(tài)增益矩陣試推導(dǎo)其相對增益矩陣，並選擇最好的控制回路。分析此過程是否需要解耦。流體輸送設(shè)備控制自學(xué)思考題對於離心式流體輸送設(shè)備（泵、壓縮機(jī)），如何實現(xiàn)流量控制？對於容積式泵設(shè)備，如何實現(xiàn)流量控制？對於離心式壓縮機(jī)，說明喘振現(xiàn)象與產(chǎn)生原因；掌握常用的防喘振方法與相應(yīng)的控制系統(tǒng)；傳熱設(shè)備控制要求1、掌握換熱器出口溫度的控制方案與對象靜態(tài)特性；2、瞭解加熱爐的常用控制方案；3、掌握汽包水位的對象特點(diǎn)與控制方案；4、掌握鍋爐設(shè)備燃料與空氣邏輯變比值控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計方法；5、瞭解鍋爐設(shè)備過熱蒸汽溫度的控制問題與常用的控制方法。

MIMO系統(tǒng)的約束預(yù)測控制內(nèi)容多變量約束控制問題APC軟體產(chǎn)品介紹預(yù)測控制器MDMC_LP

預(yù)測模型、設(shè)定值操作優(yōu)化、動態(tài)最優(yōu)控制工業(yè)應(yīng)用

——原油常壓塔溫度分佈控制工業(yè)過程對APC的控制要求改善控制系統(tǒng)性能，包括跟蹤特性、抗干擾特性；適應(yīng)多變量、強(qiáng)關(guān)聯(lián)、大時滯、不確定時滯等複雜特性；滿足對控制變數(shù)、被控變數(shù)和中間變數(shù)的約束；降低操作成本，追求產(chǎn)量最高、能耗最小等效益指標(biāo)。商品化預(yù)測控制軟體MIMO系統(tǒng)的受約束控制問題

控制變數(shù)（MVs）約束：

輸出變數(shù)（CVs,AVs）約束：MDMC_LP控制器結(jié)構(gòu)MDMC_LP中的預(yù)測模型

動態(tài)預(yù)測模型：

穩(wěn)態(tài)預(yù)測模型：設(shè)定值操作優(yōu)化問題

操作優(yōu)化目標(biāo)：

約束條件：其中us(k)、ys(k)分別為u(k)、y(k)的穩(wěn)態(tài)預(yù)測值。設(shè)定值操作優(yōu)化問題求解

線性規(guī)劃問題：其中動態(tài)最優(yōu)控制問題

目標(biāo)函數(shù)：

控制目標(biāo)：（1）盡可能地減少被控變數(shù)與其設(shè)定值之間的偏差；（2）盡可能地減少控制變數(shù)的振盪；（3）希望控制變數(shù)與其穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)之間的偏差盡可能小以滿足對輔助變數(shù)的約束，並實現(xiàn)操作成本的最小化。原油常減壓蒸餾過程原油常壓塔側(cè)線溫度控制問題

控制目的：減少各側(cè)線產(chǎn)品品質(zhì)的波動，克服原油處理量與性質(zhì)變化對常壓塔操作的影響。常壓塔側(cè)線溫度與抽出量的關(guān)係

其中，各穩(wěn)態(tài)增益的單位為℃/（T/Hr），一階時間常數(shù)與純滯後時間的單位均為分.常壓塔APC投用效果投用後常一線抽出塔盤溫度常壓塔APC投用效果（續(xù)1）投用後常二線抽出塔盤溫度常壓塔APC投用效果（續(xù)2）投用後常三線抽出塔盤溫度常壓塔APC抗干擾性能處理量的變化常一線溫度變化常二線溫度變化常三線溫度變化常壓塔APC系統(tǒng)評價先進(jìn)控制系統(tǒng)的投用顯著地減少了側(cè)線溫度的波動；對原油處理量的改變與原油性質(zhì)的變化，常壓塔的操作自適應(yīng)能力提高；先進(jìn)控制系統(tǒng)投用後，各側(cè)線產(chǎn)品的重疊度減少，合格率顯著提高；系統(tǒng)性能與預(yù)測模型的精度相關(guān)。當(dāng)操作方案發(fā)生大的改變或原油處理量變化過大時，需要重新進(jìn)行模型測試。比值控制

RatioControl比值控制內(nèi)容比值控制問題的由來；常用的比值控制方案與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)係；變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場合；仿真舉例溶液配製問題問題：當(dāng)NaoH用量QB變化時，調(diào)整稀釋水量QA以使稀釋液NaoH的濃度為6~8%左右。解決方案：（1）出口濃度控制；（2）入口流量的比值控制（流量比值？）。一般的比值控制問題要求：QA

/QB

=KAB（比值係數(shù)）而QB為主動流量，QA為可控量，要求設(shè)計一控制系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)QA以實現(xiàn)上述比值控制目標(biāo)。比值控制系統(tǒng)方案1穩(wěn)態(tài)條件:IA=K1IB假設(shè)流量測量變送環(huán)節(jié)為線性對象（對於用孔板測量的信號須經(jīng)開方運(yùn)算）。比值控制方案2穩(wěn)態(tài)條件:K2IA=IB比值控制系統(tǒng)方案3穩(wěn)態(tài)條件:K3=IA/

IB存在問題：物料A的流量回路存在非線性，當(dāng)物料B的流量減少時，回路增益增大，有可能使系統(tǒng)不穩(wěn)定，並可能出現(xiàn)“除零”運(yùn)算。比值控制的邏輯提降量功能:(1)正常工況下實現(xiàn)鍋爐蒸汽壓力對燃料流量的串級控制，以及燃料與空氣流量的比值控制(2)提負(fù)荷時先提空氣，而降負(fù)荷時先降燃料量。分析要點(diǎn)：正常工況時，換熱器出口溫度

變比值串級控制系統(tǒng)系統(tǒng)功能：（1）變比值串級？（2）變增益串級？（3）前饋回饋串級控制？換熱器變比值串級控制仿真(參見模型…/FFControl/ExHeaterRatio_PID.mdl)結(jié)論討論了流量比值控制問題；介紹了常用的比值控制方案；分析了流量比值與比值器參數(shù)的關(guān)係；詳細(xì)列舉了燃燒控制中常用的邏輯提降量問題與解決方案；簡單介紹了變比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用場合。練習(xí)題右圖表示了NaOH溶液的稀釋過程，輸入溶液濃度為20%，要求進(jìn)一步用清水稀釋成濃度為5%的溶液。流量F1、F2的測量儀錶均為線性變送器，儀錶量程分別為0~30T/hr和0~120T/hr，並採用DDZ-Ⅲ型，K為比值計算單元。（1）求K值與流量比值的關(guān)係式；（2）根據(jù)所描述的工藝情況，確定K值；（3）若F1的變化範(fàn)圍為10~20T/hr，試求取穩(wěn)態(tài)條件下I2與I3的變化範(fàn)圍（用mA表示）

常用複雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本概念和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2.性能分析

★能迅速克服進(jìn)入副回路擾動的影響

★改善主控制器Gc2的廣義對象特性，提高工作頻率

★容許副回路內(nèi)各環(huán)節(jié)特性在一定範(fàn)圍內(nèi)變動不影響整個系統(tǒng)控制品質(zhì)

★能夠更精確控制操縱變數(shù)的流量

★可實現(xiàn)更靈活的操作方式二、串級控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.串級控制系統(tǒng)主、副被控變數(shù)的選擇2.串級控制系統(tǒng)主、副控制器控制規(guī)律的選擇3.串級控制系統(tǒng)主、副控制器正反作用的選擇4.串級控制系統(tǒng)的積分飽和及防止積分飽和的措施5.串級控制系統(tǒng)中副環(huán)的非線性6.串級控制系統(tǒng)中控制器的參數(shù)整定和系統(tǒng)投運(yùn)三、串級控制系統(tǒng)的變型1.引入中間輔助變數(shù)的串級控制系統(tǒng)2.引入閥門定位器的串級控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)一、基本原理和結(jié)構(gòu)1.基本原理2.均勻控制系統(tǒng)的實施方案

★單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

★串級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)★雙沖量均勻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

○被控變數(shù)的差作為被控變數(shù)

○被控變數(shù)的和作為被控變數(shù)3.均勻控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和示例二、控制器參數(shù)整定1.控制器控制規(guī)律的選擇2.控制器參數(shù)整定3.控制系統(tǒng)分析

★控制系統(tǒng)分析

★液位被控對象近似為積分環(huán)節(jié)

★液位被控對象近似為一階慣性環(huán)節(jié)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)3.性能分析二、控制方案分析1.相乘方案的實施2.相除方案的實施三、比值控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.主動量和從動量的選擇2.比值控制系統(tǒng)類型的選擇3.比值函數(shù)環(huán)節(jié)的選擇4.檢測變送環(huán)節(jié)的選擇5.其他問題6.比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)四、比值控制系統(tǒng)的變型1.快速跟蹤2.無限可調(diào)比的比值控制系統(tǒng)3.均分控制系統(tǒng)公式匯總第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)●單純前饋控制系統(tǒng)●前饋信號與反饋信號相乘的前饋-回饋控制系統(tǒng)●前饋信號與反饋信號相加的前饋-回饋控制系統(tǒng)3.性能分析二、前饋控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.擾動變數(shù)的選擇2.前饋控制規(guī)律的設(shè)計3.前饋-回饋控制系統(tǒng)中流量副回路的引入4.前饋控制通道中非線性環(huán)節(jié)的處理5.前饋控制規(guī)律的實現(xiàn)和偏置值的設(shè)置6.前饋控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)7.多變量前饋控制系統(tǒng)8.比例滯後控制第五節(jié)分程式控制制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)和性能分析

釜式反應(yīng)器溫度分程式控制制系統(tǒng)分析二、分程式控制制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.分程式控制制系統(tǒng)中控制閥的洩漏量2.分程式控制制工作範(fàn)圍的選擇和實現(xiàn)3.分程點(diǎn)廣義對象特性的突變

●分程控制用于適應(yīng)不同控制要求

●分程控制用于擴(kuò)大可調(diào)范圍示例一示例二示例三第六節(jié)選擇性控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理2.基本結(jié)構(gòu)和性能分析

●選擇器位于兩個控制器和一個執(zhí)行器之間

●選擇器位于幾個檢測變送環(huán)節(jié)與控制器之間

●利用選擇器實現(xiàn)非線性控制規(guī)律二、選擇性控制系統(tǒng)與其他控制系統(tǒng)的結(jié)合1.選擇性控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)的結(jié)合

●具有邏輯規(guī)律的比值控制系統(tǒng)

●從動量供應(yīng)不足時的比值控制系統(tǒng)2.選擇性控制系統(tǒng)與分程式控制制系統(tǒng)的結(jié)合3.補(bǔ)充燃料的選擇性控制系統(tǒng)三、選擇性控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.選擇器類型的選擇2.控制器的選擇3.防積分飽和選擇性控制實驗實驗結(jié)果第七節(jié)雙重控制系統(tǒng)一、基本原理、結(jié)構(gòu)和性能分析1.基本原理和結(jié)構(gòu)2.性能分析

●增加開環(huán)零點(diǎn)，改善控制品質(zhì)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性

●提高雙重控制系統(tǒng)的工作頻率

●動靜結(jié)合，快慢結(jié)合，急則治標(biāo)，緩則治本二、雙重控制系統(tǒng)設(shè)計和工程應(yīng)用中的問題1.主、副操縱變數(shù)的選擇2.主、副控制器的選擇3.主、副控制器正反作用的選擇4.雙重控制系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)5.雙重控制系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定第八節(jié)基於模型計算的控制系統(tǒng)一、根據(jù)模型計算測量值的控制系統(tǒng)1.品質(zhì)流量的控制2.熱量控制3.內(nèi)回流控制二、根據(jù)模型計算設(shè)定值的控制系統(tǒng)1.具有壓力補(bǔ)償?shù)臏囟瓤刂?.離心壓縮機(jī)的防喘振控制系統(tǒng)3.根據(jù)計算指標(biāo)控制系統(tǒng)應(yīng)用時的注意事項三、非線性控制1.補(bǔ)償被控對象的非線性

●采用控制閥的非線性流量特性補(bǔ)償

●采用非線性控制規(guī)律進(jìn)行補(bǔ)償

●采用串級控制系統(tǒng)2.位式控制3.滿足一定控制要求而引入的非線性第二章結(jié)束

謝謝！控制系統(tǒng)框圖GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2串級控制系統(tǒng)的框圖串級控制系統(tǒng)的相關(guān)名詞術(shù)語主被控變數(shù)y1是要保持平穩(wěn)控制的主要被控變數(shù)。副被控變數(shù)y2是串級控制系統(tǒng)的輔助被控變數(shù)。主控制器、副控制器的傳遞函數(shù)Gc1(s)、Gc2(s)。主被控對象、副被控對象傳遞函數(shù)Gp1(s)、Gp2(s)。主被控變數(shù)的檢測變送環(huán)節(jié)Gm1(s)、副被控變數(shù)的檢測變送環(huán)節(jié)Gm2(s)。主被控變數(shù)的測量值ym1、副被控變數(shù)的測量值ym2。F1和F2分別是進(jìn)入主、副被控對象的擾動。擾動通道傳遞函數(shù)分別為Gf1(s)和Gf2(s)。由Gc2(s)、

Gv(s)、Gp2(s)和Gm2(s)組成的控制回路稱為副回路，或副環(huán)。由Gc1(s)和副回路、Gp1(s)和Gm1(s)組成的控制回路稱為主回路，或主環(huán)。串級控制系統(tǒng)中有關(guān)的傳遞函數(shù)如下：串級控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM2(s)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)GC1(s)R1E1U2QY2Y1F1F2U1=R2E2YM1YM2GC2(s)GF1(s)GF2(S)GM1(s)GP1(s)GP2(s)GV(s)U2QY2Y1F1F2E2YM2R2串級控制框圖提高系統(tǒng)工作效率下一頁上一頁工作效率和其他參數(shù)的關(guān)係串級控制框圖示例一示例二示例三示例四示例五防積分飽和串級控制框圖串級控制框圖方案二方案一與單回路液位控制的區(qū)別下一頁下一頁下一頁下一頁示例一示例二下一頁下一頁下一頁下一頁計算公式前饋與回饋控制的比較前饋控制框圖下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁上一頁下一頁下一頁上一頁上一頁示例二示例一示例二示例一正常：TC→控制閥u1=kc1e1+u1/(Tis+1)Tis/(Tis+1)u1=kc1e1u1/e1=(Tis+1)/TisPI作用而LC：u2=kc2e2+u1/(Tis+1)u1<u2異常：e2反向時u2=kc2e2+u1/(Tis+1)<u1此時LC切上u2=kc2e2+u2/(Tis+1)具有PI作用u1=kc1e1+u2/(Tis+1)>u2

滿足同步要求TCLCTY<u1u2控制閥下一頁上一頁下一頁上一頁串級控制系統(tǒng)

單回路PID控制系統(tǒng)小結(jié)介紹了簡單被控過程的機(jī)理建模方法;討論了控制閥“氣開、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇問題；講述了“廣義對象”動態(tài)特性的典型測試方法；介紹了單回路控制器“正反作用”的選擇原則；詳細(xì)分析了單回路PID參數(shù)整定方法,介紹了PID控制器的“防積分飽和”技術(shù).習(xí)題3-4:機(jī)理建模舉例(1)列寫過程微分方程組;(2)畫出方框圖;(3)求傳遞函數(shù)習(xí)題3-4:列寫狀態(tài)方程物料平衡方程:將流量方程代入物料平衡方程,即得到過程狀態(tài)方程習(xí)題3-4:狀態(tài)方程傳遞函數(shù)表示由以上傳遞函數(shù)方程,可畫出相應(yīng)的方框圖.習(xí)題3-4:過程傳遞函數(shù)方框圖習(xí)題3-4:計算輸入輸出傳遞函數(shù)利用方框圖等效變換;直接用傳遞函數(shù)計算公式;通過求解傳遞函數(shù)方程組.習(xí)題4-9:控制閥流量特性選擇熱平衡方程:控制通道靜態(tài)增益:被控對象的動態(tài)特性變化

對控制閥流量特性選擇的考慮從靜態(tài)增益補(bǔ)償?shù)慕嵌葟膭討B(tài)特性變化的角度(Why?)單回路系統(tǒng)防積分飽和原理分析討論：正常情況為標(biāo)準(zhǔn)的PI控制演算法；而當(dāng)出現(xiàn)超限時，自動切除積分作用。為什麼?本講基本要求瞭解串級控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；掌握串級控制系統(tǒng)的方框圖表示法；結(jié)合控制原理，掌握串級系統(tǒng)的分析方法；瞭解串級控制系統(tǒng)的設(shè)計原則；掌握串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法;瞭解串級控制系統(tǒng)的抗積分飽和措施。反應(yīng)釜溫度單回路控制系統(tǒng)控制變數(shù)：冷卻劑量被控變數(shù)：反應(yīng)溫度控制閥：氣關(guān)閥控制規(guī)律：PID單回路控制系統(tǒng)擾動分析問題：從擾動開始至調(diào)節(jié)器動作，調(diào)節(jié)滯後較大，特別對於大容量的反應(yīng)槽，調(diào)節(jié)滯後更大。冷卻水入口溫度↑→夾套內(nèi)冷卻水溫度T2↑→（經(jīng)對流傳熱）槽壁溫度↑→反應(yīng)槽溫度T1↑→（經(jīng)回饋回路）冷卻水量↑對調(diào)節(jié)滯後的解決方法之一 對於冷卻水方面的擾動，如冷卻水的入口溫度、閥前壓力等擾動，夾套冷卻水溫度T2比反應(yīng)槽溫度T1能更快地感受到。因而可設(shè)計夾套水溫單回路控制系統(tǒng)TC2以儘快地克服冷卻水方面的擾動。但TC2的設(shè)定值應(yīng)根據(jù)T1的控制要求作相應(yīng)的變化（這一要求可用反應(yīng)溫度調(diào)節(jié)器TC1來自動實現(xiàn)）。“串級控制”反應(yīng)器溫度的串級控制方案特點(diǎn)：兩個調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器TC2通過調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動；調(diào)節(jié)器TC1通過調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝所希望的某一給定值。反應(yīng)器溫度串級控制框圖TC1稱為“主調(diào)節(jié)器”，TC2稱為“副調(diào)節(jié)器”。通用的串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)方塊圖注：D1、D2綜合反映了一次擾動、二次擾動對控制系統(tǒng)副參數(shù)與主參數(shù)的動態(tài)影響；主回路是指：副回路閉合狀態(tài)下等效的單回路（將副回路看成是一個等效的控制閥）。串級系統(tǒng)副環(huán)的等效性串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）副回路（有時稱內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動的影響；由於而對於動態(tài)滯後較小的副回路，有串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（2）對負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力，並能自動地克服副對象增益或調(diào)節(jié)閥特性的非線性對控制性能的影響。對於內(nèi)環(huán)等效對象的增益當(dāng)結(jié)論：當(dāng)副回路增益足夠大時，使主回路的特性基本上和副對象、調(diào)節(jié)閥的增益無關(guān)（系統(tǒng)的“魯棒性”強(qiáng)）。串級系統(tǒng)的設(shè)計原則副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對象的時間常數(shù)比主對象的時間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；副回路應(yīng)包含被控對象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時變特性的環(huán)節(jié)包含於副回路中。常用的串級控制系統(tǒng)：溫度+流量、溫度+壓力、液位+流量、溫度+溫度等。串級系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例*分析問題：副回路的快速性與副回路所能包括的擾動範(fàn)圍之間的矛盾。串級方案設(shè)計舉例討論：副回路所包含的干擾與副回路快速性之間的矛盾？串級方案設(shè)計舉例（續(xù)）討論：副回路所能包括的擾動越多，副對象與主對象的動態(tài)特性的差別越小，越容易引起內(nèi)外回路之間的“共振”（系統(tǒng)穩(wěn)定性越差）。串級系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器選型副調(diào)節(jié)器常選擇PI控制律

原因：副回路為隨動系統(tǒng)，其設(shè)定值變化頻繁，一般不宜加微分作用；另外，副回路的主要目的是快速克服內(nèi)環(huán)中的各種擾動，為加大副回路的調(diào)節(jié)能力，理想上不用加積分作用。但實際運(yùn)行中，串級系統(tǒng)有時會斷開主回路，因而，通常需要加入積分作用。但積分作用要求較弱以保證副回路較強(qiáng)的抗干擾能力。串級系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器選型主調(diào)節(jié)器常選擇PI或PID控制律

原因：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對於主參數(shù)為溫度的串級系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積分作用（除主參數(shù)為液位的串級均勻控制系統(tǒng)以外）。當(dāng)主對象的調(diào)節(jié)滯後較大，而主參數(shù)變化較平緩時，可加入通常大小的微分作用。串級系統(tǒng)PID參數(shù)的整定方法Step1:先斷開主回路，按單回路方式整定副調(diào)節(jié)器的PID參數(shù)。Step2:在主調(diào)節(jié)器為“手動”、副回路閉環(huán)的情況下，測試得到主回路廣義對象的動態(tài)特性與相應(yīng)特徵參數(shù)。Step3:採用單回路調(diào)節(jié)參數(shù)的工程整定法（如Z-N準(zhǔn)則），確定主回路的PID參數(shù)。單回路控制系統(tǒng)的抗干擾性能(參見仿真程式…/CascadePID/SinglePidwithLimit.mdl)串級系統(tǒng)的參數(shù)整定與抗干擾(參見仿真程式…/CascadePID/CascadePidwithLimit.mdl)結(jié)論介紹了串級控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；結(jié)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(shè)計原則；通過Simulink仿真，詳細(xì)介紹了串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定過程;練習(xí)題1精餾塔提餾段溫度控制系統(tǒng)如圖所示，圖中，Pv為調(diào)節(jié)閥閥前壓力。（1）為保證再沸器的安全，蒸汽調(diào)節(jié)閥應(yīng)選用氣關(guān)閥還是氣開閥？為什麼？（2）確定調(diào)節(jié)器TC、PC的正反作用，並畫出該系統(tǒng)完整的方框圖（盡可能在圖上表明相應(yīng)的信號）。

對象非線性增益的補(bǔ)償對象增益非線性補(bǔ)償方法調(diào)節(jié)閥特性補(bǔ)償，以使廣義對象為近似線性；串級控制方式，以克服副回路的非線性；引入比值等中間參數(shù)，以主回路廣義對象的增益為近似線性；變增益控制器：通過引入對象增益的反函數(shù)以使系統(tǒng)的回路增益為線性；自適應(yīng)控制器：根據(jù)控制系統(tǒng)的性能自動調(diào)整控制器的增益，以使系統(tǒng)的回路增益為近似線性。增益非線性補(bǔ)償方法舉例1對象穩(wěn)態(tài)關(guān)係：對象增益：補(bǔ)償方法：通過合理選擇調(diào)節(jié)閥的流量特性，實現(xiàn)廣義對象增益的近似線性。非線性補(bǔ)償方法舉例2補(bǔ)償方法：通過引入串級控制方式，以克服副回路中的非線性，實現(xiàn)主對象增益在一定條件下的的近似線性（本例中，指Fsp

與出口溫度的穩(wěn)態(tài)增益）。非線性補(bǔ)償方法舉例3補(bǔ)償方法：通過引入中間變數(shù)（本例中為蒸汽量與工藝物料量的比值），實現(xiàn)主對象增益的近似線性（本例中，指u(t)與T2(t)的穩(wěn)態(tài)增益）。pH中和過程中和反應(yīng):中和反應(yīng)平衡式:pH的定義式:pH中和過程的穩(wěn)態(tài)模型假設(shè)先混合後反應(yīng),混合後的酸與堿濃度x1,x2分別為中和反應(yīng)的結(jié)果使混合液中的剩餘酸濃度為pH中和過程的非線性中和過程的動態(tài)模型參見p.239圖14.3-3pH中和過程的單回路控制中和過程的變比值串級PID控制pH中和過程的非線性控制討論：由於pH中和過程非線性的特殊性，採用直接引入“非線性增益補(bǔ)償”環(huán)節(jié)的方法可自由地實現(xiàn)控制系統(tǒng)開環(huán)增益的線性化。中和過程非線性增益補(bǔ)償原理

鍋爐設(shè)備的控制

本章討論鍋爐設(shè)備的控制根據(jù)系統(tǒng)分析將相互關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)分解為較簡單的控制系統(tǒng)主要包括鍋爐給水控制系統(tǒng)燃燒控制系統(tǒng)過熱蒸汽控制系統(tǒng)第一節(jié)概述

1.鍋爐設(shè)備的主要控制要求★汽包的液位、蒸汽的壓力：保持在一定范圍內(nèi)，適應(yīng)用戶負(fù)荷的變化★過熱蒸汽溫度：保持在一定范圍內(nèi)★爐膛負(fù)壓：保持在一定范圍內(nèi)★燃燒完全：根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保的要求★運(yùn)行安全：液位、爐膛負(fù)壓、過熱度、蒸汽壓力等在安全運(yùn)行范圍內(nèi)2.鍋爐設(shè)備的主要控制系統(tǒng)★給水自動控制系統(tǒng)：保持物料的平衡（給水和蒸汽）

被控變數(shù)：汽包液位操縱變數(shù)：給水量★鍋爐燃燒的自動控制系統(tǒng)：滿足經(jīng)濟(jì)性、安全性和環(huán)保要求

被控變數(shù)：蒸汽壓力操縱變數(shù)：燃料量

被控變數(shù)：煙氣含氧量操縱變數(shù)：送風(fēng)量

被控變數(shù)：爐膛負(fù)壓操縱變數(shù)：引風(fēng)量★過熱系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)：滿足過熱度、壁溫等要求被控變數(shù)：過熱蒸汽溫度操縱變數(shù)：噴水量第二節(jié)鍋爐汽包水位控制

★設(shè)置鍋爐水位控制的必要性一、鍋爐汽包水位的動態(tài)特1.給水流量W對汽包水位H的動態(tài)特性2.蒸汽流量D對汽包水位H的動態(tài)特性二、鍋爐汽包水位的控制

★擾動分析1.單衝量水位控制系統(tǒng)2.雙衝量水位控制系統(tǒng)★前饋控制器控制規(guī)律的確定★雙沖量控制系統(tǒng)的變型3.三衝量水位控制系統(tǒng)

★三衝量水位控制系統(tǒng)

★三衝量水位控制系統(tǒng)的簡化方案三、應(yīng)用示例

第三節(jié)蒸汽過熱系統(tǒng)的控制

一、系統(tǒng)分析1.被控變數(shù)：過熱器出口溫度2.操縱變數(shù)：減溫水流量3.擾動：蒸汽流量、減溫水熱焓、燃燒情況、煙氣溫度及流速等二、控制方案1.簡單控制系統(tǒng)：系統(tǒng)時間常數(shù)及時滯大，控制品質(zhì)差2.串級控制系統(tǒng)：副被控變數(shù)：減溫器出口溫度'];

有效克服進(jìn)入副環(huán)干擾，回應(yīng)快，控制品質(zhì)改善3.雙衝量控制系統(tǒng)：減溫器出口溫度的微分這是串級控制系統(tǒng)的變型

串級控制系統(tǒng)變型結(jié)構(gòu)圖第四節(jié)燃燒控制系統(tǒng)一、燃燒控制的任務(wù)二、燃燒過程的控制1.燃燒過程基本控制2.雙交叉燃燒控制三、燃燒過程中煙氣氧含量閉環(huán)控制1.鍋爐的熱效率2.煙氣含氧量的閉環(huán)控制系統(tǒng)四、爐膛負(fù)壓控制及安全控制系統(tǒng)1.爐膛負(fù)壓控制系統(tǒng)2.安全聯(lián)鎖控制系統(tǒng)五、鍋爐控制的實例1.燃燒過程的控制2.汽包水位的三衝量控制系統(tǒng)第五節(jié)火電站鍋爐和發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制一、協(xié)調(diào)控制概述

二、協(xié)調(diào)控制1.單元機(jī)組動態(tài)特性的特點(diǎn)2.直接能量平衡協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

●以（P1/PT）×Psp為能量平衡信號的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

●以P1[1+k（Psp-PT）]為前饋信號的DEB協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)3.單元機(jī)組的主控系統(tǒng)4.給水全程控制系統(tǒng)第六章結(jié)束關(guān)閉控制系統(tǒng)組態(tài)圖控制方案系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖

系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖系統(tǒng)圖

過程動態(tài)特性建模與分析

（ProcessCharacteristics）單回路控制系統(tǒng)組成被控對象動態(tài)建模方法機(jī)理建模

原理：根據(jù)過程的工藝機(jī)理，寫出各種有關(guān)的平衡方程，如物料平衡、能量平衡等，以及反映流體流動、傳熱、傳質(zhì)等基本規(guī)律的運(yùn)動方程，由此獲得被控對象的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。

特點(diǎn)：概念明確、適用範(fàn)圍寬，要求對該過程機(jī)理明確。測試建模

原理：對過程的輸入（包括控制變數(shù)與擾動變數(shù)）施加一定形式的激勵信號，如階躍、脈衝信號等，同時記錄相關(guān)的輸入輸出數(shù)據(jù)，再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，由此獲得對象的動態(tài)模型。

特點(diǎn)：無需深入瞭解過程機(jī)理，但適用範(fàn)圍小，模型準(zhǔn)確性有限。對象機(jī)理建模舉例#1（p.28）

物料平衡方程：

流體運(yùn)動方程：討論問題：（1）線性化的意義？如何線性化？（2）如何用Matlab或SimuLink表示該過程？（參見Simulation\ProcessModel\LevelProcess01.mdl）對象機(jī)理建模舉例#2

物料平衡方程：

流體運(yùn)動方程：仿真參見\ProcessModel\LevelProcess02.mdl問題：狀態(tài)方程？線性化？機(jī)理建模舉例#3：非自衡過程物料平衡方程：氣動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)u(t)：控制器輸出(4~20mA或0~10mADC)；pc：調(diào)節(jié)閥氣動控制信號；l：閥桿相對位置；f：相對流通面積；q：受調(diào)節(jié)閥影響的管路相對流量。閥門的“氣開”與“氣關(guān)”1.氣開閥與氣關(guān)閥*氣開閥：pc↑→f↑(“有氣則開”)*氣關(guān)閥：pc↑→f↓(“有氣則關(guān)”)無氣源(pc=0)時，氣開閥全關(guān)，氣關(guān)閥全開。2.氣開閥與氣關(guān)閥的選擇原則*若無氣源時，希望閥全關(guān)，則應(yīng)選擇氣開閥，如加熱爐瓦斯氣調(diào)節(jié)閥；若無氣源時，希望閥全開，則應(yīng)選擇氣關(guān)閥，如加熱爐進(jìn)風(fēng)蝶閥。調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)特性調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性：閥芯與閥座間的節(jié)流面積和閥門開度之間的函數(shù)關(guān)係。f為相對節(jié)流面積；l為相對開度：

線性閥（線1）：等百分比閥或稱對數(shù)閥（線2）：調(diào)節(jié)閥的工作流量特性分析閥阻比S100：調(diào)節(jié)閥全開時的兩端壓降與系統(tǒng)總壓降之比，即調(diào)節(jié)閥工作流量特性（續(xù)）線性閥的特性變異對數(shù)閥的特性變異調(diào)節(jié)閥流量特性總結(jié)

線性閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv與閥門開度無關(guān)；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少，當(dāng)開度到達(dá)50~70%時，流量已接近其全開時的數(shù)值，即Kv隨著開度的增大而顯著下降。

對數(shù)閥：在理想情況下，調(diào)節(jié)閥的放大增益Kv隨著閥門開度的增大而增加；而隨著管路系統(tǒng)閥阻比的減少，Kv漸近於常數(shù)。調(diào)節(jié)閥流量特性的選擇原則選擇原則：僅當(dāng)對象特性近似線性而且閥阻比大於0.60

以上（即調(diào)節(jié)閥兩端的壓差基本不變），才選擇線性閥，如液位控制系統(tǒng)；其他情況大都應(yīng)選擇對數(shù)閥。熱平衡方程：Kp：控制通道增益“廣義對象”的概念“廣義對象”的特點(diǎn)特點(diǎn)：（1）使控制系統(tǒng)的設(shè)計與分析簡化；（2）廣義對象的輸入輸出通常可測量，以便於 測試其動態(tài)特性；（3）只關(guān)心某些特定的輸入輸出變數(shù)。“廣義對象”動態(tài)特性的

階躍回應(yīng)測試法*典型自衡工業(yè)對象的階躍回應(yīng)對象的近似模型：對應(yīng)參數(shù)見左圖，而增益為：[ymin,ymax]為CV的測量範(fàn)圍；[umin,umax]為MV的變化範(fàn)圍，對於閥位開度通常用0~100%表示?！皬V義對象”動態(tài)特性的

矩形脈衝回應(yīng)測試法SISO對象模型構(gòu)造與動態(tài)回應(yīng)仿真參見\ProcessModel\OpenLoopResp.mdl過程控制廣義對象動態(tài)特性分類自衡過程（Self-RegulatingProcesses）

(1)無振盪的自衡過程

(2)有振盪的自衡過程非自衡過程（Non-Self-RegulatingProcesses）

(1)無振盪的非自衡過程

(2)有振盪的非自衡過程

(3)具有反向特性的非自衡過程無振盪自衡過程模型無振盪非自衡過程模型具有反向特性的非自衡過程模型工業(yè)過程控制對象的特點(diǎn)除液位對象外的大多數(shù)被控對象本身是穩(wěn)定自衡對象；對象動態(tài)特性存在不同程度的純遲延；對象的階躍回應(yīng)通常為單調(diào)曲線，除流量對象外的被調(diào)量的變化相對緩慢；被控對象往往具有非線性、不確定性與時變等特性。結(jié)論介紹了簡單被控過程的機(jī)理建模方法與線性化問題；討論了調(diào)節(jié)閥“氣開、氣關(guān)”形式與流量特性的選擇原則；講述了“廣義對象”的概念及其動態(tài)特性的典型測試方法；列舉了工業(yè)過程的典型動態(tài)特性類型與通道模型。

簡單控制系統(tǒng)第一章簡單控制系統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)過程控制研究的基本觀點(diǎn)第一章簡單控制系統(tǒng)

第一節(jié)控制系統(tǒng)組成和控制性能指標(biāo)一、控制系統(tǒng)的組成1、簡單控制系統(tǒng)示例2、控制系統(tǒng)的框圖3、控制系統(tǒng)的有關(guān)術(shù)語4、控制系統(tǒng)框圖的幾點(diǎn)說明

二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)1、時域控制性能指標(biāo)2、積分性能指標(biāo)3、控制系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要準(zhǔn)則第二節(jié)過程動態(tài)特性和建立過程的動態(tài)模型

一、過程動態(tài)特性1、典型過程動態(tài)特性自衡的非振盪過程無自衡的非振盪過程自衡的振盪過程具有反向特性的過程2、過程特性對控制性能指標(biāo)的影響增益的影響時間常數(shù)的影響時滯的影響擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響時間常數(shù)匹配的影響被控變數(shù)與操作變數(shù)的選擇二、過程動態(tài)模型的建立1、對過程模型的要求2、過程模型建立的方法機(jī)理建模示例系統(tǒng)辨識方法

機(jī)理建摸方法

混合方法第三節(jié)檢測變送環(huán)節(jié)

一、檢測變送環(huán)節(jié)的性能1.檢測元件和變送器的作用：2.對檢測變送單元的基本要求：3.選用時的基本考慮：4.動態(tài)特性○對Tm的基本考慮：

減小Tm的途徑：○對τm的考慮：

τm=l/w減小τm的途徑：二、對檢測變送信號的處理1.濾波及信號處理的目的：2.濾波的方法：模擬濾波：數(shù)字濾波：3.數(shù)字濾波的演算法：4.信號處理：第四節(jié)執(zhí)行器環(huán)節(jié)一、執(zhí)行器概述1.執(zhí)行器的類型2.執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析3.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析二、流量特性1.線性流量特性2.等百分比流量特性3.拋物線流量特性4.快開流量特性三、控制閥特性的選擇1.從靜態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性2.從動態(tài)考慮選擇控制閥的工作特性3.從控制閥的工作特性選擇控制閥的理想特性4.控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇;5.壓降比S的考慮四、閥門定位器的正確使用五、其他執(zhí)行器第五節(jié)控制器的模擬控制演算法一、基本控制演算法分析二、比例控制演算法1.比例控制演算法2.比例增益對控制系統(tǒng)的影響三、比例積分控制演算法1.比例積分控制演算法2.對PI控制作用的分析3.PI控制作用對系統(tǒng)過渡過程的影響四、積分飽和及其防止1.積分飽和2.積分飽和的防止五、比例微分控制演算法1.比例微分控制演算法2.使用注意事項六、比例積分微分控制演算法1.比例積分微分控制演算法2.PID控制作用對過渡過程的影響第六節(jié)控制器的數(shù)字控制演算法一、模擬控制演算法的數(shù)位化1.位置演算法2.增量演算法3.速度演算法二、數(shù)字控制演算法的改進(jìn)1.數(shù)字控制演算法的特點(diǎn)2.數(shù)字控制演算法的改進(jìn)

★對積分控制演算法的改進(jìn)★對微分控制演算法的改進(jìn)3.實現(xiàn)數(shù)字控制演算法時應(yīng)注意的問題三、連續(xù)系統(tǒng)的離散化1.差分近似2.輸入只在採樣時刻作變化情況下的精確方法3.s域到z域的對應(yīng)變換4.插入保持器後s域到z域的對應(yīng)變換5.時間離散系統(tǒng)到時間連續(xù)系統(tǒng)的變換第七節(jié)控制器參數(shù)整定和控制系統(tǒng)投運(yùn)一、控制器參數(shù)整定的若干原則對已存在的控制系統(tǒng)，調(diào)整控制器參數(shù)使系統(tǒng)達(dá)到滿意的控制品質(zhì)二、控制器參數(shù)整定1.控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法2.控制器參數(shù)的半經(jīng)驗整定法★衰減曲線法★臨界比例度法★控制度法3.控制器參數(shù)整定的反應(yīng)曲線法★Ziegler&Nichols法★L(fēng)opez法★Cohen-Coon法4.理論計算法5.控制器正反作用的設(shè)置三、控制系統(tǒng)的投運(yùn)和維護(hù)第八節(jié)與PID控制密切相關(guān)的幾類控制演算法一、二維PID控制演算法1.PID-PD控制演算法2.設(shè)定濾波的兩維PID控制演算法二、時間比例控制系統(tǒng)1.開關(guān)控制2.時間比例控制三、差拍控制系統(tǒng)1.差拍控制系統(tǒng)的基本原理2.差拍控制系統(tǒng)的特點(diǎn)3.Dahlin控制演算法★Dahlin控制演算法★改進(jìn)Dahlin控制演算法4.V.E.控制演算法5.卡爾曼控制演算法差拍控制演算法總匯第一節(jié)控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成液位控制系統(tǒng)示例當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變數(shù)（液位）與設(shè)定值保持一致檢測被控變數(shù)，並與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運(yùn)算輸出信號驅(qū)動操縱變數(shù)（流量）最終使被控變數(shù)回復(fù)到設(shè)定值變送器檢測液位控制器對偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變數(shù)

一、控制系統(tǒng)的組成壓力控制系統(tǒng)的示例當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變數(shù)（壓力）與設(shè)定值保持一致檢測被控變數(shù)，並與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運(yùn)算輸出信號驅(qū)動操縱變數(shù)（流量）最終使被控變數(shù)回復(fù)到設(shè)定值變送器檢測壓力控制器對偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變數(shù)

第一節(jié)控制系統(tǒng)組成一、控制系統(tǒng)的組成溫度控制系統(tǒng)示例當(dāng)系統(tǒng)受到外界擾動的影響時為使被控變數(shù)（溫度）與設(shè)定值保持一致檢測被控變數(shù)，並與設(shè)定值比較得到偏差按一定控制規(guī)律對偏差運(yùn)算輸出信號驅(qū)動操縱變數(shù)（流量）最終使被控變數(shù)回復(fù)到設(shè)定值變送器檢測溫度控制器對偏差運(yùn)算執(zhí)行器改變操縱變數(shù)

返回TTTCθ蒸汽設(shè)定值FTFC設(shè)定值LTLC設(shè)定值(a)溫度控制系統(tǒng)(b)壓力控制系統(tǒng)(c)液位控制系統(tǒng)圖1-1簡單控制系統(tǒng)示例PTPC設(shè)定值(d)流量控制系統(tǒng)返回第一節(jié)控制系統(tǒng)組成

一、控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)的框圖

控制系統(tǒng)由被控對象、檢測變送、控制器和執(zhí)行器等組成傳遞函數(shù)隨動控制系統(tǒng)（Fixedsetpointcontrolsystem）傳遞函數(shù)：定值控制系統(tǒng)（Follow-upcontrolsystem）傳遞函數(shù)：返回控制系統(tǒng)組成請點(diǎn)擊被控對象請點(diǎn)擊變送器請點(diǎn)擊電腦請點(diǎn)擊檢測元件請點(diǎn)擊控制器請點(diǎn)擊執(zhí)行器請點(diǎn)擊返回被控對象變送器電腦檢測元件控制器執(zhí)行器一、控制系統(tǒng)的組成

控制系統(tǒng)框圖的幾點(diǎn)說明返回說明幾點(diǎn)：簡單控制系統(tǒng)有兩個通道：控制通道和擾動通道。框圖中的各個信號都是增量。圖中的箭頭表示信號的流向，並非物流或能流的方向。各環(huán)節(jié)的增益有正、有負(fù)。當(dāng)該環(huán)節(jié)的輸入增加時，其輸出增加，則該環(huán)節(jié)的增益為正，反之，如果輸出減小則增益為負(fù)。返回對象的增益有正、有負(fù)例如：加熱系統(tǒng)的增益為正、冷卻系統(tǒng)的增益為負(fù)；氣開閥的增益為正、氣關(guān)閥的增益為負(fù)；正作用控制器的增益為負(fù)，反作用控制器的增益為正；檢測變送器的增益一般為正。通過調(diào)整控制器的正反作用來保證系統(tǒng)為負(fù)回饋。加熱系統(tǒng)對象放大倍數(shù)為正採用氣開閥放大倍數(shù)為正檢測變送器放大倍數(shù)為正控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為正即反作用冷卻系統(tǒng)對象放大倍數(shù)為負(fù)採用氣開閥放大倍數(shù)為正檢測變送器放大倍數(shù)為正控制器應(yīng)選放大倍數(shù)為負(fù)即正作用通常將執(zhí)行器、被控對象和檢測變送環(huán)節(jié)合併為廣義對象，廣義對象傳遞函數(shù)用Go(s)表示?？刂葡到y(tǒng)中如果包含採樣開關(guān)，則這類控制系統(tǒng)稱為採樣控制系統(tǒng)（Samplingcontrolsystem）。返回第一節(jié)控制系統(tǒng)組成

二、控制系統(tǒng)的控制性能指標(biāo)

時域控制性能指標(biāo)返回1.衰減比n：衰減比（Subsidenceratio）是控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。它是相鄰?fù)较騼蓚€波峰的幅值之比。即：n<1擴(kuò)散振盪即不穩(wěn)定n=1等幅振盪n.>1衰減振盪n無窮大為非週期過程衰減率ψ也用於表示控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它是每經(jīng)過一個週期後，波動幅度衰減的百分?jǐn)?shù)，即：

2．超調(diào)量和最大動態(tài)偏差：隨動控制系統(tǒng)中，超調(diào)量（Overshoot）σ定義為：

定值控制系統(tǒng)採用最大動態(tài)偏差A(yù)表示超調(diào)程度。即：3．餘差：它是控制系統(tǒng)的最終穩(wěn)態(tài)偏差e(∞)。在階躍輸入作用下，餘差（Steady-stateerror）為：定值控制系統(tǒng)中，r=0，因此有：e(∞)=-C。餘差是控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)準(zhǔn)確性指標(biāo)。4．回復(fù)時間和振盪頻率：被控變數(shù)從過渡過程開始到進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值±5%或±2%範(fàn)圍內(nèi)的時間作為過渡過程的回復(fù)時間Ts（Settlingtime）?；貜?fù)時間是控制系統(tǒng)的快速性指標(biāo)。振盪頻率ω與振盪週期T的關(guān)係是

在相同衰減比n下，振盪頻率越高，回復(fù)時間越短；在相同振盪頻率下，衰減比越大，回復(fù)時間越短。5．偏離度：控制系統(tǒng)偏離度是被控變數(shù)統(tǒng)計特性的描述。在相同干擾作用下，定值控制系統(tǒng)輸出的最大偏差越大，系統(tǒng)的偏離度越大；在相同的衰減比下，系統(tǒng)輸出的週期越大，系統(tǒng)的偏離度越大。返回綜合性控制指標(biāo)（積分鑒定指標(biāo)）返回控制系統(tǒng)運(yùn)行的重要準(zhǔn)則返回第二節(jié)過程特性及動態(tài)模型建立

一、過程特性類型過程特性類型參數(shù)估計曲線擬合返回過程特性1：自衡非振盪過程下一頁上一頁返回過程特性2：無自衡非振盪過程

下一頁

上一頁

返回過程特性3：有自衡振盪過程

下一頁

上一頁

返回過程特性4：具有反向特性的過程

上一頁

返回增益的影響返回時間常數(shù)的影響

返回時間常數(shù)匹配的影響

返回擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響返回時滯的影響：

控制通道時滯的影響：當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變數(shù)的變化不能及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變數(shù)變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變數(shù)的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及時，超調(diào)增大，並引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。用τo/To反映時滯的相對影響。通常，τo/To≤0.3時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)τo/To>0.3時，應(yīng)採用其他控制方案對該類過程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)儘量減小時滯，有時可增大時間常數(shù)以減小τo/To。擾動通道時滯的影響：時滯τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的分佈，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動進(jìn)入系統(tǒng)的時間先後，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。被控變數(shù)和操縱變數(shù)的選擇深入瞭解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控變數(shù)；儘量選用易於測量且關(guān)係簡單的直接品質(zhì)指標(biāo)作為被控變數(shù)；操縱變數(shù)的選擇原則：選擇對被控變數(shù)影響較大的操縱變數(shù)，即Ko儘量大；選擇對被控變數(shù)有較快回應(yīng)的操縱變數(shù)，即過程的τo/To應(yīng)儘量?。贿^程的To/Tf

應(yīng)儘量?。皇惯^程的KfF儘量?。还に嚨暮侠硇耘c動態(tài)回應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。過程動態(tài)模型的建立

對過程模型的要求對過程模型的要求是正確、可靠和簡單。過程動態(tài)模型可分為三類；黑箱模型、白箱模型和灰箱模型。過程模型建立的方法有：系統(tǒng)辯識方法-經(jīng)驗建模方法；機(jī)理建模方法：混合方法。返回系統(tǒng)辯識方法：根據(jù)過程輸入輸出數(shù)據(jù)確定過程模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的建模方法稱為系統(tǒng)辯識方法，建立的模型稱為黑箱模型。過程辨識的方法很多，依據(jù)輸入變數(shù)的變化情況（即所施加外作用的形式），目前大致可分為非週期函數(shù)，週期函數(shù)，非週期性隨機(jī)函數(shù)及週期性函數(shù)等四類。階躍回應(yīng)法脈衝回應(yīng)法

需要驗前知識少，但建立的模型不具有放大功能，即不能類推到不同型號的放大設(shè)備或過程中。(1).階躍回應(yīng)法

階躍回應(yīng)法非常簡單，只要有遙控閥和被控變數(shù)紀(jì)錄儀錶就可以進(jìn)行。先使工況保持平穩(wěn)一段時間，然後使閥門作階躍式的變化（通常在10％以內(nèi)），在此同時把被控變數(shù)的變化過程記錄下來，得到廣義對象的階躍回應(yīng)曲線。把對象作為具有時滯的一階對象來處理：

式中K0—對象放大係數(shù)；T0—對象時間常數(shù)；τ—對象時滯。各參數(shù)求法如下：

τ=時間軸原點(diǎn)至通過拐點(diǎn)切線與時間軸交點(diǎn)的時間間隔T0=被控變數(shù)y完成全部變化量的63.2％所需時間-τ。

另外一種確定τ和T0的方法，是把達(dá)到39％和63％回應(yīng)的時間讀出來，分別用t0.39和t0.63來表示，按下式計算

T0=2（t0.63-t0.39）

τ=2t0.39-t0.63

(2)脈衝回應(yīng)法輸入是⊿u(t)=⊿u1(t)+⊿u2(t)=⊿u1(t)-⊿u(t-⊿t)而輸出是⊿y(t)=h1(t)+h2(t)=h1(t)-h1(t-⊿t)∴h1(t)=⊿y(t)+h1(t-⊿t)

上式表示了回應(yīng)曲線關(guān)係式，在0～⊿t時間內(nèi)，h1(t)等於脈衝回應(yīng)即h1(t)=⊿y(t)，而后h1(t)等於當(dāng)時的脈衝回應(yīng)⊿y(t)加⊿t時間以前的階躍響應(yīng)h1(t-⊿t)，隨著時間推移就可得到完整階躍回應(yīng)曲線。得階躍回應(yīng)曲線後，可以通過前述有關(guān)方法求取過程的數(shù)學(xué)模型。返回機(jī)理建模方法：

根據(jù)過程的內(nèi)在機(jī)理，應(yīng)用物料平衡、能量平衡和有關(guān)的化學(xué)、物理規(guī)律建立過程模型的方法是機(jī)理建模方法，又稱為過程動態(tài)學(xué)方法。建立的模型稱為白箱模型。

建立機(jī)理模型的方法是：列寫基本方程：物料平衡和能量平衡方程等；消去中間變數(shù)，建立狀態(tài)變數(shù)x、控制變數(shù)u和輸出變數(shù)y的關(guān)係；增量化：在工作點(diǎn)處對方程進(jìn)行增量化，獲得增量方程；線性化：在工作點(diǎn)處進(jìn)行線性化處理，簡化過程特性；列寫狀態(tài)和輸出方程。機(jī)理模型的優(yōu)點(diǎn)是：

（1）可以充分利用已知的過程知識，從事物的本質(zhì)上去認(rèn)識外部特性（2）可以驗前得出，在流程和設(shè)備的設(shè)計階段即能求取；（3）有較大的適用範(fàn)圍，操作條件變化是可以類推。但也有兩個弱點(diǎn)：（1）

對於複雜的過程，人們對基本方程的某些參數(shù)不完全掌握，例如，換熱器的K值，由傳熱學(xué)書籍提供的公式可能有±10～30％的誤差。又如，象精餾塔的塔板效率、塔板流體中的汽液比值等參數(shù)，很難預(yù)先精確估計；（2）如不經(jīng)過輸入輸出數(shù)據(jù)的驗證，則近乎紙上談兵，難以判斷其正確性。下一頁返回上一頁返回混合方法：把兩種途徑結(jié)合，可兼采兩者之長，補(bǔ)各自之短。介於上述兩種方法之間的建模方法，稱為混合方法。所得模型稱為灰箱模型。返回一、測量性能返回二、動態(tài)特性返回三、濾波和信號處理返回1、執(zhí)行器的類型控制框圖返回執(zhí)行器的傳遞函數(shù)描述返回2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分析死區(qū)的影響返回返回3、調(diào)解機(jī)構(gòu)的分析返回控制閥流量特性返回特性曲線等百分比流量特性第一頁下一頁返回第二頁下一頁返回上一頁第三頁下一頁上一頁返回第四頁下一頁上一頁返回第五頁下一頁上一頁返回第六頁下一頁上一頁返回第七頁下一頁上一頁返回等百分比流量特性特性曲線返回快開流量特性返回特性曲線拋物線流量特性特性曲線返回隨動控制系統(tǒng)：設(shè)定值R變化返回定值控制系統(tǒng)：負(fù)荷變化返回定值控制系統(tǒng)：閥前後的壓力變化返回從動態(tài)性能考慮控制閥的工作特性返回根據(jù)壓降比S選擇控制閥的理想特性返回根據(jù)被控變數(shù)選擇控制閥的理想特性返回?fù)Q熱器定值控制系統(tǒng)中控制閥的選擇返回選擇控制法特性時的注意事項返回控制閥氣開、氣關(guān)形式的選擇

返回壓降比S的考慮

返回閥門定位器的工作原理返回閥門定位器的功能返回其他執(zhí)行器返回基本控制演算法分析返回P作用控制演算法返回比例度返回控制器的正反作用返回方框圖和傳遞函數(shù)返回控制器增益對控制品質(zhì)的影響返回控制器增益Kc對最大偏差的影響最大偏差---對於二階衰減振盪可見，隨著過程增益Kc的增加，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。液位控制的餘差返回隨動控制系統(tǒng)—單比例餘差對於二階衰減振盪隨著增大Kc，餘差減小，而超調(diào)量增大。超調(diào)量隨動控制系統(tǒng)返回定值控制系統(tǒng)返回幅頻特性分析返回開環(huán)不穩(wěn)定對象的示例返回比例積分控制演算法返回對PI控制作用的分析返回對穩(wěn)定性的影響返回控制器積分時間變化時的輸出曲線返回定值控制系統(tǒng)控制器積分時間變化時的輸出曲線隨動控制系統(tǒng)返回積分飽和返回示例安全放空系統(tǒng)返回積分飽和的防止積分外回饋PI控制規(guī)則的實現(xiàn)返回積分外回饋返回比例微分控制演算法返回比例微分控制演算法使用注意事項返回比例積分微分控制演算法返回PID控制作用對過渡過程的影響返回位置演算法返回增量演算法返回速度演算法返回離散PID演算法特點(diǎn)返回採樣週期的考慮影響控制度因素採樣週期對控制品質(zhì)的影響返回香農(nóng)定理返回採樣週期的選擇返回影響控制度因素返回對積分作用的改進(jìn)之一返回對積分作用的改進(jìn)之二返回對積分作用的改進(jìn)之三返回微分先行不完全微分輸入濾波實現(xiàn)數(shù)字控制演算法時應(yīng)注意的問題（輸入）

返回數(shù)字濾波DDC系統(tǒng)框圖對檢測變送信號的處理（局部放大）返回DDC系統(tǒng)原理框圖返回實現(xiàn)數(shù)字控制演算法時應(yīng)注意的問題（信號量化和線性化）返回示例信號量化示例返回實現(xiàn)數(shù)字控制演算法時應(yīng)注意的問題（輸出）返回應(yīng)注意的問題返回PID控制作用比例作用P是基本控制作用，輸出與輸入無相位差。Kc越大控制作用越強(qiáng)，隨著Kc的增加(比例度δ減小)

，餘差下降，最大偏差減小，但穩(wěn)定性變差。比例作用P引入積分作用I後，可以消除餘差。但是幅值增加，相位滯後，使穩(wěn)定性裕度下降，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應(yīng)減少10-20%(比例度δ應(yīng)增加10-20%)。積分時間Ti越短，積分作用越強(qiáng)，Ti趨向無窮大時無積分作用。應(yīng)防積分飽和。PID控制作用比例作用P引入適當(dāng)微分作用D後，幅值增加，相位超前，使穩(wěn)定性裕度提高，為保持同樣穩(wěn)定性裕度，Kc應(yīng)增加10-20%(

比例度δ應(yīng)減少10-20%)。微分作用D可以克服容滯後，但對時滯毫無作用。微分時間Td越大，微分作用越強(qiáng)，Td=0無微分作用?？刂破鲄?shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)整定的若干原則返回控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法

返回控制器參數(shù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)流量：對象時間常數(shù)小，參數(shù)有波動，δ要大40―100%；Ti要短0.3―1min；不用微分。溫度：對象容量滯後較大，即參數(shù)受干擾後變化遲緩，

δ應(yīng)小20―60%；Ti要長3―10min；一般需加微分Td=0.5-―3min壓力：對象的容量滯後不算大，一般不加微分

δ=30―70%Ti=0.4―3min液位：對象時間常數(shù)範(fàn)圍較大，要求不高時，δ可在一定範(fàn)圍內(nèi)選取，一般不用微分，δ=20―80%

控制器參數(shù)的經(jīng)驗整定法返回控制器參數(shù)的半經(jīng)驗整定法返回臨界比例度法返回控制度法返回Ziegler&Nichols法

返回Lopez法返回Cohen-Coon法返回根軌跡法返回根軌跡法返回控制器正反作用的設(shè)置

返回氣開閥例一蒸汽氣開閥例二氣關(guān)閥例三自整定調(diào)節(jié)器繼電型自整定-山武霍尼韋爾公司TDC3000-SCCGo(s)dhRY

繼電型自整定方法簡單、可靠，需要預(yù)先設(shè)定的參數(shù)就是h和d繼電特性的參數(shù)

該方法的缺點(diǎn)是，被控對象須能在開關(guān)信號作用下產(chǎn)生等幅振盪，從而限制了其使用範(fàn)圍。

橫河北辰公司-YEWSERIES-80自整定PID控制器FOXBORO-EXACT自整定PID控制器控制系統(tǒng)的投運(yùn)和維護(hù)返回擾動進(jìn)入系統(tǒng)位置的影響返回時間常數(shù)匹配的影響

返回增益的影響返回時間常數(shù)的影響

返回時滯的影響：

控制通道時滯的影響：當(dāng)檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變數(shù)的變化不能及時傳送到控制器；當(dāng)被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變數(shù)變化；當(dāng)執(zhí)行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變數(shù)的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及時，超調(diào)增大，並引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。用τo/To反映時滯的相對影響。通常，τo/To≤0.3時，系統(tǒng)尚可用簡單控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，當(dāng)τo/To>0.3時，應(yīng)採用其他控制方案對該類過程進(jìn)行控制。因此，在設(shè)計和應(yīng)用時應(yīng)儘量減小時滯，有時可增大時間常數(shù)以減小τo/To。返回擾動通道時滯的影響：時滯τf的存在不影響系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)的分佈，因此，不影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。它僅表示擾動進(jìn)入系統(tǒng)的時間先後，即不影響控制系統(tǒng)控制品質(zhì)。返回被控變數(shù)和操縱變數(shù)的選擇深入瞭解工藝過程，選擇能夠反映工藝過程的被控變數(shù)；儘量選用易於測量且關(guān)係簡單的直接品質(zhì)指標(biāo)作為被控變數(shù)；操縱變數(shù)的選擇原則：選擇對被控變數(shù)影響較大的操縱變數(shù)，即Ko儘量大；選擇對被控變數(shù)有較快回應(yīng)的操縱變數(shù)，即過程的τo/To應(yīng)儘量小；過程的To/Tf應(yīng)儘量小；使過程的KfF儘量小；工藝的合理性與動態(tài)回應(yīng)的快速性應(yīng)有機(jī)結(jié)合。返回控制回路的診斷

與PID參數(shù)的整定

基本調(diào)節(jié)回路的診斷將控制器置於“手動”方式，人為改變控制器的輸出信號（遙控），檢測現(xiàn)場調(diào)節(jié)閥閥桿是否上下移動；如果閥桿上下移動自如，檢查相關(guān)流量/壓力等測量信號是否隨之變化。若變化很小，則檢查測量信號是否正常，或者調(diào)節(jié)閥上游閥和下游閥是否全開，或者旁路閥是否關(guān)閉；如果調(diào)節(jié)閥靈活，而且相關(guān)被控信號可隨之變化。則可進(jìn)入單回路PID控制器的參數(shù)整定.常見的現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制器輸出回應(yīng)測試（1）手動改變控制器的輸出信號u(k)，觀察被控變數(shù)y(k)的變化過程。（2）由階躍回應(yīng)曲線得到對象基本特徵參數(shù)

。對象特徵參數(shù)的獲得Kp(穩(wěn)態(tài)增益)：Ts(開環(huán)過渡過程時間)：其中umax、umin與ymax、ymin為輸入輸出的量程上下限；若巳歸一化，則umax－umin=1,ymax－ymin=1。PID參數(shù)的整定原則PID參數(shù)初始值的選擇：

Kc=1/Kp；Ti=Ts/2；Td=0

將上述PID控制器投入“Auto”（自動）方式，並適當(dāng)改變控制回路的設(shè)定值，觀察控制系統(tǒng)跟蹤性能。若回應(yīng)過慢，而且無超調(diào)存在，則適當(dāng)加大KC值，例如增大到原來的兩倍；反之，則減小KC值。串級系統(tǒng)的PID參數(shù)整定按照上述原則整定好PID2；為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，內(nèi)回路以無明顯超調(diào)為宜。以內(nèi)回路的設(shè)定值ysp2作為操作變數(shù)u(k)，以外回路輸出y1(k)為被控變數(shù)，進(jìn)行回應(yīng)試驗。由此獲得廣義對象的特徵參數(shù)Kp與Ts。再按上述原則以確定PID1的參數(shù)。

前饋控制系統(tǒng)

FeedforwardControl內(nèi)容前饋控制的原理非線性靜態(tài)前饋控制的設(shè)計方法前饋控制系統(tǒng)的動態(tài)補(bǔ)償前饋回饋控制系統(tǒng)仿真舉例前饋控制的概念D1，……，Dn為可測擾動；u，y分別為被控對象的操作變數(shù)與受控變數(shù)。前饋思想：在擾動還未影響輸出以前，直接改變操作變數(shù)，以使輸出不受或少受外部擾動的影響。前饋控制方塊圖u

(t)、y

(t)分別表示控制變數(shù)與被控變數(shù)；

d(t)

表示某一外部干擾;GYD(s)、GYC(s)分別為干擾通道與控制通道的動態(tài)特性；

GFF(s)為前饋控制器的動態(tài)特性?？刂颇繕?biāo)：前饋不變性原理動態(tài)不變性：在擾動d(t)的作用下，被控量y(t)在整個過渡過程中始終保持不變，稱系統(tǒng)對於擾動d(t)具有動態(tài)不變性，即Y(s)/D(s)=0,（調(diào)節(jié)過程的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)偏差均為零，”理想情況“）。穩(wěn)態(tài)不變性：在干擾d(t)作用下，被控量y(t)的動態(tài)偏差不等於零，而其穩(wěn)態(tài)偏差為零，即Y(0)/D(0)=0，或者說y(t)在穩(wěn)態(tài)工況下與擾動量d(t)無關(guān)。靜態(tài)前饋控制控制目標(biāo)：保證過程輸出在穩(wěn)態(tài)下補(bǔ)償外部擾動的影響，即實現(xiàn)“穩(wěn)態(tài)不變性”。靜態(tài)前饋控制方式：線性靜態(tài)前饋：非線性靜態(tài)前饋：結(jié)合對象靜態(tài)模型獲得前饋控制器結(jié)構(gòu)與參數(shù)。非線性靜態(tài)前饋控制穩(wěn)態(tài)平衡關(guān)係：討論:前饋控制器的實現(xiàn)與相關(guān)測量儀錶的影響前饋控制演算法假設(shè)T1、T2的測量範(fàn)圍為[T1min,T1max]、[T2min,T2max],RV、RF的測量範(fàn)圍為[0,RVmax]、[0,RFmax]；而各測量信號T1m、T2m

、RVm、RFm及設(shè)定值均為0~100%.換熱器動態(tài)仿真模型(參見模型…/FFControl/ExHeater.mdl)靜態(tài)工作點(diǎn):T1=20℃,RF=10T/hr,RV=2T/hr,Kv=800,T2=180℃.T2儀錶量程為100~300℃,RV儀錶量程為0~5T/hr.干擾通道純滯後可忽略,控制通道純滯後為2.5min.換熱器的靜態(tài)前饋控制器假設(shè)靜態(tài)工作點(diǎn)為:T1=20℃,RF=10T/hr,RV=2T/hr,Kv=800,T2=180℃.T2的測量儀錶量程為100~300℃,RV儀錶量程為0~5T/hr，T1量程為0~50