過程控制系統(tǒng)學習

1、過程控制系統(tǒng)作業(yè)1 選擇性控制系統(tǒng)有哪些類型？各有什么特點？簡述幾種主要的抗積分飽和的措施。答：選擇性控制系統(tǒng)有兩種類型：（1）被控變量的選擇新控制系統(tǒng)。其特點是：當生產(chǎn)處于正常情況時，選擇器選擇正?？刂破鞯妮敵鲂盘査徒o執(zhí)行器，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的自動控制，此時取代控制器處于開路狀態(tài)。當生產(chǎn)過程處于非正常情況時，選擇器則選擇取代控制器代替正?？刂破鲗ιa(chǎn)過程進行控制，此時正?？刂破魈幱陂_路狀態(tài)。當生產(chǎn)過程恢復(fù)正常，通過選擇器的自動切換，仍由原來的正?？刂破鱽砜刂粕a(chǎn)的進行。（2）被控變量測量值的選擇性控制系統(tǒng)。其特點是：多個變送器共用一個控制器，選擇器對變送器的輸出信號進行選擇。其用途有兩個：一是

2、選出幾個檢測變送信號的最高或最低信號用于控制，二是為防止儀表故障造成事故，對同一檢測點采用多個儀表測量，選出可靠的測量值。抗積分飽和的措施有三種：（1）限幅法，用高低值限幅器，使控制器的輸出信號被限制在工作區(qū)間內(nèi)。（2）外反饋法，就是采用外部信號作為控制器的積分反饋信號。這樣，當控制器處于開環(huán)狀態(tài)時，由于積分反饋信號不是輸出信號本身，就不會形成對偏差的積分作用，從而可以防止積分飽和問題的出現(xiàn)。（3）積分切除法，當控制器被選中處于閉環(huán)狀態(tài)時，具有比例積分作用；若控制器未被選中處于開環(huán)狀態(tài)時，將積分作用自動切除，使之只有比例作用，具有這種功能的控制器稱為PI_P控制器。2.分程控制系統(tǒng)可以應(yīng)用于那

3、些場合？請分別舉例說明其控制過程。 答：分程控制系統(tǒng)應(yīng)用于三種場合：（1）用于擴大控制閥的可調(diào)范圍，以改善控制品質(zhì)。通常國產(chǎn)控制閥的可調(diào)比R為30，在絕大部分場合下能滿足生產(chǎn)要求。但有些場合需要控制閥的可調(diào)范圍很寬，這時若采用一個控制閥就滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求。這種情況下，可將兩個口徑不同的控制閥當作一個控制閥使用，從而擴大閥的可調(diào)范圍。分程控制用于擴大閥的可調(diào)范圍時，總是采用兩個同向動作的分程控制閥并聯(lián)安裝在同一流體不同管線上，如下圖所示。PVAPVBPCPT天然氣如圖，若=4，,且兩閥的可調(diào)比相等，R=30，忽略大閥的泄漏量，當采用分程控制后，其最小流量為;最大流量為;因此，兩

4、閥組合在一起的可調(diào)比將擴大到遠大于30.，（2）用于控制不同的介質(zhì)，以滿足工藝的要求 B物料A物料M在某些間歇式生產(chǎn)的生產(chǎn)過程中，有時需要加熱，有時需要一走熱量，為了滿足這些特殊要求，一方面需要配置蒸汽和冷水兩種傳熱介質(zhì)；另一方面需設(shè)計一個分程控制系。TTTCTVB產(chǎn)品冷水蒸汽TVA如圖所示為一間歇聚合反應(yīng)器的溫度分程控制系統(tǒng)。當反應(yīng)物料投入設(shè)備后，開始需加熱升溫引發(fā)反應(yīng)，此時通入蒸汽使循環(huán)水被加熱，循環(huán)水再通過反應(yīng)夾套未反應(yīng)物加熱使反應(yīng)物料升溫；達到反應(yīng)溫度后，由于放出大量的反應(yīng)熱，若不及時一走熱量，會使反應(yīng)越來越劇烈，甚至可能發(fā)生爆炸，這時反應(yīng)器夾套中流過的不再是熱水，而是冷水，反應(yīng)中產(chǎn)生

5、的熱量會被冷水帶走，這樣就達到了保持反應(yīng)溫度一定的目的。（3）用于保證生產(chǎn)過程的安全和穩(wěn)定。在某些生產(chǎn)過程中，尤其是各類煉油后石油化工中，為避免建在室外儲罐中的各種油品或石油化工產(chǎn)品與空氣接觸而氧化變質(zhì)或發(fā)生爆炸，常常在儲罐上方充氮氣，使使儲罐內(nèi)壓力保持為微正壓，稱為氮封。儲罐內(nèi)物料的增減將造成罐頂壓力的升降，必須及時進行控制，否則將引起儲罐變形，甚至破裂，造成浪費或引起燃燒、爆炸等危險。PVAPVBPCPT排空如圖所示，當儲罐內(nèi)物料增加時，壓力升高，于是關(guān)閉A閥，打開B閥，通過停止充入氮氣和放空使儲罐內(nèi)壓力下降；反之，當儲罐內(nèi)物料減少時，壓力降低，于是打開A閥，關(guān)閉B閥，通過充入氮氣和停止放

6、空使儲罐內(nèi)壓力升高；如此保持儲罐內(nèi)壓力為微正壓。分程控制系統(tǒng)的參數(shù)整定實質(zhì)就是簡單控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，需要注意的是，兩個控制通道特性不同時，應(yīng)照顧正常情況下的對象特性，按正常工況整定控制器參數(shù)，另另一閥只要在工藝允許的范圍內(nèi)工作即可。分程控制系統(tǒng)的投運1、投運前的檢查儀表本身的調(diào)試和檢查檢查檢測元件、變送器、控制器、顯示儀表、控制閥的精度等,檢查連接部件：包括連接正確性檢查等,充灌隔離液：包括管路清洗等,檢查控制器正反作用、內(nèi)外給定的設(shè)置,檢查控制閥動作及相關(guān)管線和旁路閥,聯(lián)動檢查2、系統(tǒng)投運變送器投運控制閥手操控制器投運和參數(shù)整定3、維修定時和經(jīng)常性的檢查和處理,發(fā)生故障后的檢查和處理3.新

7、型控制系統(tǒng)綜述。 答：第一、自適應(yīng)控制系統(tǒng)。自適應(yīng)控制系統(tǒng)：通過測取系統(tǒng)的有關(guān)信息，了解對象特性的變化情況，再經(jīng)過某種算法自動地改變控制器的可調(diào)參數(shù)，使系統(tǒng)始終運行在最佳狀況下。 根據(jù)自適應(yīng)控制的設(shè)計原理和結(jié)構(gòu)的不同，可分四類。 一、變增益自適應(yīng)控制二、模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng) 研究的主要問題在于設(shè)計一個穩(wěn)定的、具有較高性能的自適應(yīng)機構(gòu)的自適應(yīng)算法。 三、直接優(yōu)化目標函數(shù)的自適應(yīng)控制系統(tǒng)n 四、自校正控制系統(tǒng)該系統(tǒng)在原有控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了一個外回路。它由對象參數(shù)辨識器和控制器參數(shù)計算機構(gòu)組成。 第二、 預(yù)測控制一、預(yù)測控制的基本結(jié)構(gòu)四部分組成，預(yù)測模型、反饋校正、滾動優(yōu)化和參考軌跡。 二、

8、預(yù)測控制的特點及其應(yīng)用1.特點：從控制方式上預(yù)測控制。預(yù)測控制的預(yù)測和優(yōu)化模式是對傳統(tǒng)最優(yōu)控制的修正，它使建模簡化，并考慮了不確定性及其他復(fù)雜性因素。預(yù)測控制對數(shù)學模型要求不高且模型的形式多樣化。能直接處理具有純滯后的過程。具有良好的跟蹤性能和較強的抗擾動能力。對模型誤差具有較強的魯棒性。2.應(yīng)用（1）國外已經(jīng)形成許多以預(yù)測控制為核心思想的先進控制商品化軟件包。 （2）中國通過“八五”“九五”國家重點科技攻關(guān)等，在先進控制與優(yōu)化控制方面積累了許多經(jīng)驗，成功應(yīng)用實例亦不少，部分成果已逐漸形成商品化軟件。 第三、解耦控制系統(tǒng)耦合：控制變量與被控變量之間是相互影響的，一個控制變量的改變同時引起幾個被

9、控變量變換的現(xiàn)象。解耦：消除系統(tǒng)之間的相互耦合，使各系統(tǒng)稱為獨立的互不相關(guān)的控制回路。把具有相互關(guān)聯(lián)的多參數(shù)控制過程轉(zhuǎn)化為幾個彼此獨立的單輸入-單輸出控制過程來處理，實現(xiàn)一個調(diào)節(jié)器只對其對應(yīng)的被控過程獨立地進行調(diào)節(jié)。這樣的系統(tǒng)稱為解耦控制系統(tǒng)（或自治控制系統(tǒng)）。減少與消除耦合的途徑 （1）、選擇正確的變量配對 （2）、調(diào)整控制參數(shù) （3）、減少控制回路 （4）、串接解耦裝置第四、專家系統(tǒng)1.專家控制系統(tǒng)概念 專家控制系統(tǒng)是指將專家系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范和運行機制與傳統(tǒng)控制理論和技術(shù)相結(jié)合而成的實時控制系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)方法。 根據(jù)專家系統(tǒng)技術(shù)在控制系統(tǒng)中應(yīng)用的復(fù)雜程度，可以分為專家控制系統(tǒng)和專家式智能控

10、制器。 專家控制系統(tǒng)可以提高常規(guī)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)，拓寬系統(tǒng)的作用范圍，增加系統(tǒng)的功能，還可以對傳統(tǒng)控制方法難以奏效的復(fù)雜過程實現(xiàn)高品質(zhì)的控制。 2.專家控制系統(tǒng)的類型（1）根據(jù)專家控制系統(tǒng)在過程控制中的用途和功能，可分為直接型專家控制器和間接型專家控制器。 （2）按知識表達技術(shù)，可分為產(chǎn)生式專家控制系統(tǒng)和框架式專家控制系統(tǒng)等。 3.專家控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（1）系統(tǒng)由算法庫、知識基系統(tǒng)和人-機接口與通訊系統(tǒng)組成。（2）算法庫部分主要完成數(shù)值計算。（3）知識基系統(tǒng)具有定性的啟發(fā)式知識，它進行符號推理，按專家系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范編碼，通過算法庫與對象相連。（4）人-機接口與通訊系統(tǒng)作為人-機界面和實現(xiàn)與知識基

11、系統(tǒng)直接交互聯(lián)系，與算法庫進行間接聯(lián)系。 專家控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖第五、模糊控制系統(tǒng)優(yōu)點：具有實時性好，超調(diào)量小，抗干擾能力強，穩(wěn)態(tài)誤差小等。1.模糊控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 模糊控制系統(tǒng)的方塊圖模糊控制器的基本結(jié)構(gòu)2.模糊控制的幾種方法查表法 將輸入量的隸屬度函數(shù)、模糊控制規(guī)則及輸出量的隸屬度函數(shù)都用表格來表示。專用硬件模糊控制器 用硬件直接實現(xiàn)上述的模糊推理。優(yōu)點是推理速度快，控制精度高。軟件模糊推理法模糊 控制過程中輸入量模糊化，模糊規(guī)則推理和輸出清晰化和知識庫這四部分都用軟件來實現(xiàn)。 第六、純滯后補償控制系統(tǒng)由于很多生產(chǎn)過程中都存在純滯后現(xiàn)象，故必須設(shè)法克服純滯后。目前克服純滯后的方法主要有史密斯預(yù)估補償控制、自適應(yīng)史密斯預(yù)估補償控制、觀測補償器控制、采樣控制、內(nèi)部模型控制（IMC）以及達林算法。4、控制系統(tǒng)學習總結(jié)和心得體會。學習總結(jié)本學期我們主要學習了復(fù)雜控制系統(tǒng)，復(fù)雜控制系統(tǒng)就是在簡單控制的基礎(chǔ)上對控制能力的加強。主要有串級控制系統(tǒng)，均勻控制系統(tǒng)，比值控制系統(tǒng)，選擇性控制系統(tǒng)，分程控制系統(tǒng)，前饋控制系統(tǒng)和新型控制系統(tǒng)。采用復(fù)