第3講-過程控制策略PPT優(yōu)秀課件

1、第三講 過程控制策略 從控制策略的角度來看，控制系統(tǒng)可分為反 饋控制與前饋控制兩大類。 反饋控制 反饋控制是指將系統(tǒng)的輸出信息返送到輸入 端，與輸入信息進行比較，并利用二者的偏差進 行控制的過程。反饋控制其實是用過去的情況來 指導現(xiàn)在和將來。在控制系統(tǒng)中，如果返回的信 息的作用是抵消輸入信息，稱為負反饋，負反饋 可以使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；若其作用是增強輸入信息， 則稱為正反饋，正反饋可以使信號得到加強。 一般的反饋控制系統(tǒng) “反饋控制反饋控制”是信號沿前向通道（或稱前向通路）和是信號沿前向通道（或稱前向通路）和 反饋通道進行閉路傳遞，從而形成一個反饋通道進行閉路傳遞，從而形成一個閉合回路的控制方閉合

2、回路的控制方 法法。 為了和給定信號比較，必須把反饋信號轉(zhuǎn)換 成與給定信號具有相同量剛和相同量級的信號。 控制器根據(jù)反饋信號和給定信號相比較后得到的 偏差信號，經(jīng)運算后輸出控制作用去消除偏差， 使被控量（系統(tǒng)的輸出）等于給定值。 蒸汽加熱器溫度反饋控制方案蒸汽加熱器溫度反饋控制方案 若工藝介質(zhì)入口溫度若工藝介質(zhì)入口溫度TiTi下降，被控變量工藝介質(zhì)出口溫度下降，被控變量工藝介質(zhì)出口溫度T T開始開始 下降，溫度控制器的測量信號發(fā)生變化，控制器發(fā)出控制命令去增加下降，溫度控制器的測量信號發(fā)生變化，控制器發(fā)出控制命令去增加 蒸汽閥的開度，蒸汽量隨之增大。蒸汽閥的開度，蒸汽量隨之增大。 圖圖1-11

3、 可以看到，反饋控制的優(yōu)勢在于它能夠補償任意的可以看到，反饋控制的優(yōu)勢在于它能夠補償任意的 擾動。但是，只有當擾動引起被控變量偏離設定值后，控擾動。但是，只有當擾動引起被控變量偏離設定值后，控 制器才能開始實施對擾動的補償，因此這種控制作用是有制器才能開始實施對擾動的補償，因此這種控制作用是有 滯后的。滯后的。 ？是否能夠設計一種有預知功能的控制器是否能夠設計一種有預知功能的控制器 前饋控制的設計思想是通過檢測擾動，并在擾動影前饋控制的設計思想是通過檢測擾動，并在擾動影 響被控變量之前就將其補償?shù)?。響被控變量之前就將其補償?shù)簟?r前饋控制 前饋控制是一種預測控制，通過對系統(tǒng)當前工 作狀態(tài)的了解

4、，預測出下一階段系統(tǒng)的運行狀況。 如果與參考值有偏差，那么就提前給出控制信號， 使干擾獲得補償，穩(wěn)定輸出，消除誤差，是一種開 環(huán)控制。 蒸汽加熱器溫度前饋控制方案蒸汽加熱器溫度前饋控制方案 系統(tǒng)的擾動主要來自于進料溫度系統(tǒng)的擾動主要來自于進料溫度TiTi與進料與進料RFRF的變化。系統(tǒng)首先的變化。系統(tǒng)首先 檢測擾動，決策如何操作蒸汽閥來補償擾動對被控變量工藝介質(zhì)出口檢測擾動，決策如何操作蒸汽閥來補償擾動對被控變量工藝介質(zhì)出口 溫度的影響。前饋控制器的輸出完全取決于擾動信號和被控變量的設溫度的影響。前饋控制器的輸出完全取決于擾動信號和被控變量的設 定值。定值。 前饋的缺點是在使用時需要對系統(tǒng)有精

5、確的了 解，只有了解了系統(tǒng)模型才能有針對性的給出預測補 償。但在實際工程中，并不是所有的干擾都是可測的， 并不是所有的對象都是可得到精確模型的，而且大多 數(shù)控制對象在運行的同時自身的結(jié)構也在發(fā)生變化， 所以僅用前饋并不能達到良好的控制品質(zhì)。 前饋反饋控制 在前饋控制中加入在前饋控制中加入 反饋，反饋的特點是根反饋，反饋的特點是根 據(jù)偏差來決定控制輸入，據(jù)偏差來決定控制輸入， 不管對象的模型如何，不管對象的模型如何， 也不管外界的干擾如何，也不管外界的干擾如何， 只要有偏差，就根據(jù)偏只要有偏差，就根據(jù)偏 差進行糾正，可以有效差進行糾正，可以有效 的消除穩(wěn)態(tài)誤差。解決的消除穩(wěn)態(tài)誤差。解決 前饋不能

6、控制的不可測前饋不能控制的不可測 干擾。干擾。 1、定值控制與跟蹤控制 依據(jù)設定值是否頻繁變化，反饋控制系統(tǒng)可以分 為定值控制和跟蹤控制兩大類。 定值控制系統(tǒng)，設定值變化不頻繁，主要擾 動來自于外部干擾，調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)設計的目的是 要補償擾動的影響。 跟蹤控制系統(tǒng)，主要擾動來自于設定值本身 的頻繁變化，設定值為時間函數(shù)。如間歇反應器 溫度控制系統(tǒng)，反應器溫度必須跟蹤預先給定的 溫度變化軌跡，從而確保產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)率。 定值控制 跟蹤控制 2、連續(xù)時間控制與離散時間控制 依據(jù)控制器是否連續(xù)工作，反饋控制系統(tǒng)可以分為 連續(xù)時間控制與離散時間控制兩大類。 連續(xù)時間控制系統(tǒng)的描述方法有：微分方程、拉普

7、拉斯變化、連續(xù)時間狀態(tài)方程。 離散時間控制系統(tǒng)的描述方法有：差分方程、Z變換、 離散時域狀態(tài)方程。 在過程工業(yè)領域，除控制器外所有的控制 對象都屬于連續(xù)時間系統(tǒng)（操作變量、外部擾 動、被控變量都是連續(xù)時間信號），控制器可 以分為模擬控制器和數(shù)字控制器。 對于由數(shù)字控制器與連續(xù)被控過程組成的 控制系統(tǒng)，可以將被控過程采樣離散化成完整 的離散時間系統(tǒng)；也可以將數(shù)字控制器連續(xù)化 成為完整的連續(xù)時間系統(tǒng)。 3、位式控制與連續(xù)輸出控制 根據(jù)執(zhí)行機構的不同，反饋控制系統(tǒng)可以分為 位式控制與連續(xù)輸出控制。 某些執(zhí)行機構只有“開”、“關”兩種狀態(tài)， 如繼電器。位式控制系統(tǒng)中的等幅振蕩是不 可避免的。 4、多輸

8、入多輸出控制（Multiple input multiple output，MIMO)、單輸入單輸出控制（Single input single output，SISO）與多回路控制 rPID類（包括：單回路（包括：單回路PID、串級、比值、分程、串級、比值、分程、 選擇或超馳控制等），選擇或超馳控制等）， 特點：主要適用于主要適用于SISO系統(tǒng)、基本上不需要對系統(tǒng)、基本上不需要對 象的動態(tài)模型、結(jié)構簡單、在線調(diào)整方便。象的動態(tài)模型、結(jié)構簡單、在線調(diào)整方便。 rAPC類（先進控制方法，包括：（先進控制方法，包括：前饋、解耦控、解耦控 制、內(nèi)?？刂?、預測控制、自適應控制等），制、內(nèi)模控制、預測控

9、制、自適應控制等）， 特點：主要適用于主要適用于MIMO或大純滯后或大純滯后SISO系統(tǒng)、系統(tǒng)、 需要動態(tài)模型、結(jié)構復雜、在線計算量大。需要動態(tài)模型、結(jié)構復雜、在線計算量大。 r主體：過程控制系統(tǒng) r基礎：控制理論 r對象 p生產(chǎn)裝置 p工段、車間、工廠 r工具：自動化技術工 具 p儀表 p控制裝置 p計算機 本課程結(jié)合工程實際進行方案設計， 力求簡單、可靠、經(jīng)濟與保持良好效果。 r對簡單控制系統(tǒng)中對象、檢測變送、執(zhí)行器、 控制器各部分進行分析討論，然后講述設計 原則。 r最后講述控制器參數(shù)整定，滿足品質(zhì)指標。 第一部分：第一部分： 簡單控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng) r在簡單反饋控制回路中增加計算環(huán)節(jié)

10、、控制環(huán)節(jié) 或其他環(huán)節(jié)的控制系統(tǒng)稱為復雜控制系統(tǒng)。復雜 控制系統(tǒng)約占全部控制回路數(shù)的10%，但對一些過 程的控制確有重要作用。 r簡單控制系統(tǒng)解決了大量定值控制問題，是控制 系統(tǒng)中最基本和使用最廣泛的一種形式。但生產(chǎn) 的發(fā)展對操作條件要求更加嚴格，為適應生產(chǎn)發(fā) 展，出現(xiàn)了復雜控制系統(tǒng)。 第二部分： 常用復雜控制系統(tǒng) 主要介紹常用復雜控制系統(tǒng)中串級控 制系統(tǒng)、均勻控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、 前饋控制系統(tǒng)、分程控制系統(tǒng)、選擇性控 制系統(tǒng)基本原理、結(jié)構、性能分析和工程 設計及應用。 r隨著計算機應用于生產(chǎn)過程控制，使原來難于 實施控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)；生產(chǎn)過程向大型化、 精細化發(fā)展，對控制提出了更高要求。出現(xiàn)了 先進控制技術，而智能控制已成為開發(fā)和應用 的熱點 。 r主要簡單介紹基于模型的預測控制、推斷控制、 軟測量技術、純滯