第八章復雜控制系統(tǒng)

1、第八章第八章 復雜控制系統(tǒng)復雜控制系統(tǒng) 返回首頁返回首頁 n第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng) n第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)n第三節(jié)第三節(jié) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)n第四節(jié)第四節(jié) 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)n第五節(jié)第五節(jié) 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)n第六節(jié)第六節(jié) 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)n 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代過程工業(yè)隨著科學技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代過程工業(yè)規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，產(chǎn)品規(guī)模越來越大，復雜程度越來越高，產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越嚴格，以及相應(yīng)的系統(tǒng)的質(zhì)量要求越來越嚴格，以及相應(yīng)的系統(tǒng)安全問題，管理與控制一體化問題等，越安全問題，管理與控制一體化問題等，越來越突出，因

2、此要滿足這些要求，解決這來越突出，因此要滿足這些要求，解決這些問題，僅靠簡單控制系統(tǒng)是不行的，需些問題，僅靠簡單控制系統(tǒng)是不行的，需要引入更為復雜、更為先進的控制系統(tǒng)。要引入更為復雜、更為先進的控制系統(tǒng)。由于采用復雜控制系統(tǒng)的裝置或?qū)ο蠖际怯捎诓捎脧碗s控制系統(tǒng)的裝置或?qū)ο蠖际枪S中的重要裝置或關(guān)鍵崗位，因此需要工廠中的重要裝置或關(guān)鍵崗位，因此需要予以特別的重視。予以特別的重視。n 本章介紹的復雜控制系統(tǒng)包括串級、本章介紹的復雜控制系統(tǒng)包括串級、均勻、比值、選擇性、分程、前饋和多沖均勻、比值、選擇性、分程、前饋和多沖量等。量等。 第一節(jié)第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)n 串級控制系統(tǒng)是所有復雜控

3、制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)是所有復雜控制系統(tǒng)中應(yīng)用最多的一種，當要求被控變量的中應(yīng)用最多的一種，當要求被控變量的誤差范圍很小，簡單控制系統(tǒng)不能滿足誤差范圍很小，簡單控制系統(tǒng)不能滿足要求時，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。要求時，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。 一、組成原理一、組成原理n 如左圖所示是一如左圖所示是一個加熱爐溫度控制系個加熱爐溫度控制系統(tǒng)。被加熱原料的出統(tǒng)。被加熱原料的出口溫度口溫度T T是該控制系是該控制系統(tǒng)的被控變量，燃料統(tǒng)的被控變量，燃料量是該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)變量是該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)變量，這是一個簡單控量，這是一個簡單控制系統(tǒng)。如果對出口制系統(tǒng)。如果對出口溫度溫度T T的誤差范圍要的誤差范圍要求不高，這個控

4、制方求不高，這個控制方案是可行的。如果出案是可行的。如果出口溫度口溫度T T的誤差范圍的誤差范圍要求很小，則簡單控要求很小，則簡單控制系統(tǒng)難以勝任。制系統(tǒng)難以勝任。 n分析如下：分析如下：n 該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)通道，調(diào)節(jié)器該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)通道，調(diào)節(jié)器TCTC發(fā)出的信發(fā)出的信號送給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥改變閥門開度，送入號送給調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥改變閥門開度，送入加熱爐的燃料流量改變，燃料在爐膛里燃燒，加熱爐的燃料流量改變，燃料在爐膛里燃燒，爐膛溫度改變，傳熱給管道，最終使原料溫爐膛溫度改變，傳熱給管道，最終使原料溫度得到調(diào)整，穩(wěn)定在所希望的溫度附近。由度得到調(diào)整，穩(wěn)定在所希望的溫度附近。由于傳熱過程的時間常數(shù)大，達到

5、于傳熱過程的時間常數(shù)大，達到1515分鐘左右，分鐘左右，等到出口溫度發(fā)生偏差后再進行調(diào)節(jié)，導致等到出口溫度發(fā)生偏差后再進行調(diào)節(jié)，導致偏差在較長的時間內(nèi)不能被克服，誤差太大，偏差在較長的時間內(nèi)不能被克服，誤差太大，不符合工藝要求。如何解決這個問題呢？根不符合工藝要求。如何解決這個問題呢？根據(jù)反饋原理，被控變量的任何偏差，都是由據(jù)反饋原理，被控變量的任何偏差，都是由種種干擾引起的，如果能把這些干擾抑制住，種種干擾引起的，如果能把這些干擾抑制住，則被控變量的波動將會減小許多。則被控變量的波動將會減小許多。 n 在控制系統(tǒng)中，每一個干擾到被控變在控制系統(tǒng)中，每一個干擾到被控變量之間都是一條干擾通道。對

6、于該加熱爐，量之間都是一條干擾通道。對于該加熱爐，主要的干擾有：燃料壓力的波動、燃料熱主要的干擾有：燃料壓力的波動、燃料熱值的波動、原料流量的調(diào)整或波動、原料值的波動、原料流量的調(diào)整或波動、原料入口溫度的波動等等。如果對每一個主要入口溫度的波動等等。如果對每一個主要干擾都用一個控制系統(tǒng)來克服波動，則整干擾都用一個控制系統(tǒng)來克服波動，則整個系統(tǒng)的主要目標（原料的出口溫度），個系統(tǒng)的主要目標（原料的出口溫度），肯定能被控制得很好。但實際上，有些量肯定能被控制得很好。但實際上，有些量的控制很不方便，而且，這樣做整個控制的控制很不方便，而且，這樣做整個控制工程的投資將是很大的。實踐中，人們探工程的投資

7、將是很大的。實踐中，人們探索出一種復雜控制系統(tǒng)，不需要增加太多索出一種復雜控制系統(tǒng)，不需要增加太多的儀表即可使被控制量達到較高的控制精的儀表即可使被控制量達到較高的控制精度。這就是串級控制系統(tǒng)。度。這就是串級控制系統(tǒng)。 n 該系統(tǒng)的主要問題在于傳熱過程時間常該系統(tǒng)的主要問題在于傳熱過程時間常數(shù)很大。串級控制的思想是把時間常數(shù)較數(shù)很大。串級控制的思想是把時間常數(shù)較大的被控對象分解為二個時間常數(shù)較小的大的被控對象分解為二個時間常數(shù)較小的被控對象，如從燃料量到爐膛溫度被控對象，如從燃料量到爐膛溫度TsTs的設(shè)的設(shè)備可作為第一個被控對象，爐膛溫度到被備可作為第一個被控對象，爐膛溫度到被控變量控變量T

8、TMM的設(shè)備作為第二個對象，也就是的設(shè)備作為第二個對象，也就是在原被控制對象中找出一個中間變量在原被控制對象中找出一個中間變量爐膛溫度爐膛溫度TsTs，它能提前反映干擾的作用，它能提前反映干擾的作用，增加對這個中間變量的有效控制，即根據(jù)增加對這個中間變量的有效控制，即根據(jù)爐膛溫度的變化，先控制燃料量，再根據(jù)爐膛溫度的變化，先控制燃料量，再根據(jù)原料出口溫度與給定值之差，進一步控制原料出口溫度與給定值之差，進一步控制燃料量，可使整個系統(tǒng)的被控制變量得到燃料量，可使整個系統(tǒng)的被控制變量得到較精確的控制。較精確的控制。 n 構(gòu)成的串級構(gòu)成的串級控制系統(tǒng)及方塊控制系統(tǒng)及方塊圖如右圖和下圖圖如右圖和下圖所

9、示。所示。 n 該串級控制系統(tǒng)中，干擾該串級控制系統(tǒng)中，干擾F F1 1和和F F2 2作作用在溫度對象用在溫度對象1 1上，它們首先影響到上，它們首先影響到TsTs，然后再影響到然后再影響到T TMM。由于。由于TsTs能被測量并加能被測量并加以控制，因此，它的波動范圍比未加以以控制，因此，它的波動范圍比未加以控制前大大減小，所以干擾控制前大大減小，所以干擾F F1 1和和F F2 2對對TmTm的影響也大大減少。的影響也大大減少。 1 1組成原理組成原理n（l l）將原被控對象分解為兩個串聯(lián)的被）將原被控對象分解為兩個串聯(lián)的被控對象，如下圖所示。控對象，如下圖所示。n （2 2）以連接分解

10、后的兩個被控對象）以連接分解后的兩個被控對象的中間變量為副被控變量，構(gòu)成一個簡的中間變量為副被控變量，構(gòu)成一個簡單控制系統(tǒng)，稱為副調(diào)節(jié)系統(tǒng)或副環(huán)。單控制系統(tǒng)，稱為副調(diào)節(jié)系統(tǒng)或副環(huán)。n （3 3）以原對象的輸出信號為主被控）以原對象的輸出信號為主被控變量，即分解后的第二個被控對象的輸變量，即分解后的第二個被控對象的輸出信號，構(gòu)成一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為主調(diào)出信號，構(gòu)成一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)，稱為主調(diào)節(jié)系統(tǒng)或主環(huán)。節(jié)系統(tǒng)或主環(huán)。 n （4 4）主調(diào)）主調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器的輸出信號器的輸出信號作為副調(diào)節(jié)系作為副調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的給統(tǒng)調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)定值，副調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出信系統(tǒng)的輸出信號作為主被控號作為

11、主被控對象的輸入信對象的輸入信號，如右圖所號，如右圖所示。示。 2 2、串級控制系統(tǒng)術(shù)語、串級控制系統(tǒng)術(shù)語n （l l）主對象、副對象，也稱主被控對象、）主對象、副對象，也稱主被控對象、副被控對象，如圖副被控對象，如圖4 4所示，主對象與副對象所示，主對象與副對象是由原被控對象分解而得到的。是由原被控對象分解而得到的。n （2 2）主變量、副變量也稱為主被控變量、）主變量、副變量也稱為主被控變量、副被控變量。主變量是主被控對象的輸出信副被控變量。主變量是主被控對象的輸出信號，副變量是副被控對象的輸出信號，是原號，副變量是副被控對象的輸出信號，是原被控對象的某個中間變量，同時也是主被控被控對象的

12、某個中間變量，同時也是主被控對象的輸入信號。對象的輸入信號。n （3 3）主測量值、副測量值是相應(yīng)被控制）主測量值、副測量值是相應(yīng)被控制變量的測量值。變量的測量值。n （4 4）主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器負）主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器負責虛線框中副環(huán)被控對象的調(diào)節(jié)任務(wù)，使副責虛線框中副環(huán)被控對象的調(diào)節(jié)任務(wù)，使副變量符合副給定值的要求；主調(diào)節(jié)器負責整變量符合副給定值的要求；主調(diào)節(jié)器負責整個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)任務(wù)。個系統(tǒng)的調(diào)節(jié)任務(wù)。n （5 5）主給定值、副給定值：主給定值是）主給定值、副給定值：主給定值是主變量的期望值，由主調(diào)節(jié)器內(nèi)部設(shè)定；副主變量的期望值，由主調(diào)節(jié)器內(nèi)部設(shè)定；副給定值是副變量的期望

13、值，由主調(diào)節(jié)器的輸給定值是副變量的期望值，由主調(diào)節(jié)器的輸出信號提供。出信號提供。n （6 6）主環(huán)、副環(huán)：也稱為主回路、副回）主環(huán)、副環(huán)：也稱為主回路、副回路。副環(huán)為圖路。副環(huán)為圖4 4中虛線框內(nèi)部分；主環(huán)為包中虛線框內(nèi)部分；主環(huán)為包括副環(huán)的整個控制系統(tǒng)。括副環(huán)的整個控制系統(tǒng)。 二、作用方向及調(diào)節(jié)過程二、作用方向及調(diào)節(jié)過程n 為了便于分析調(diào)節(jié)過程，首先對圖為了便于分析調(diào)節(jié)過程，首先對圖3 3加加熱爐溫度串級控制系統(tǒng)各方塊的性能進行分熱爐溫度串級控制系統(tǒng)各方塊的性能進行分析和選擇。析和選擇。n 主對象：輸入信號為爐膛溫度，輸出信主對象：輸入信號為爐膛溫度，輸出信號為原料出口溫度，故輸入信號增加，

14、輸出號為原料出口溫度，故輸入信號增加，輸出信號亦增加，是正作用單元；信號亦增加，是正作用單元；n 副對象：輸入信號為燃料流量，輸出信副對象：輸入信號為燃料流量，輸出信號是爐膛溫度，故輸入信號增加，輸出信號號是爐膛溫度，故輸入信號增加，輸出信號亦增加，是正作用單元；亦增加，是正作用單元； n 主測量變送方塊與副測量變送方塊：主測量變送方塊與副測量變送方塊：均為輸入信號增加，則輸出信號增加，均為輸入信號增加，則輸出信號增加，是正作用單元；是正作用單元；n 調(diào)節(jié)閥：為防止調(diào)節(jié)閥氣信號中斷調(diào)節(jié)閥：為防止調(diào)節(jié)閥氣信號中斷時燒壞爐管，選氣開閥，即當調(diào)節(jié)閥氣時燒壞爐管，選氣開閥，即當調(diào)節(jié)閥氣信號中斷時，閥門

15、全關(guān)，較安全，是正信號中斷時，閥門全關(guān)，較安全，是正作用單元；作用單元； n 副調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器方塊選正作用方副調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器方塊選正作用方向，連同比較點一起，調(diào)節(jié)器是反作用向，連同比較點一起，調(diào)節(jié)器是反作用調(diào)節(jié)器，即測量增加，調(diào)節(jié)器輸出減少；調(diào)節(jié)器，即測量增加，調(diào)節(jié)器輸出減少；n 主調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器方塊選正作用方主調(diào)節(jié)器：調(diào)節(jié)器方塊選正作用方向，連同比較點一起，調(diào)節(jié)器也是反作向，連同比較點一起，調(diào)節(jié)器也是反作用調(diào)節(jié)器。用調(diào)節(jié)器。 n 下面根據(jù)上述系統(tǒng)各部件的選擇，下面根據(jù)上述系統(tǒng)各部件的選擇，對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程進行分析。對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程進行分析。n 1 1干擾作用于副對象：干擾作用于副對象

16、： n 2 2干擾作用于主對象：干擾作用于主對象： n 3 3干擾同時作用于主、副對象干擾同時作用于主、副對象n 分為兩種情況來討論。分為兩種情況來討論。n （1 1）受干擾作用，主、副變量變化方）受干擾作用，主、副變量變化方向相同：向相同： n （2 2）受干擾作用，主、副變量變化）受干擾作用，主、副變量變化方向相反：方向相反：n 綜上所述，在串級控制系統(tǒng)中，由綜上所述，在串級控制系統(tǒng)中，由于從對象提取出副變量并增加了一個副于從對象提取出副變量并增加了一個副環(huán)，整個系統(tǒng)克服干擾的能力更強，克環(huán)，整個系統(tǒng)克服干擾的能力更強，克服干擾的作用更及時，控制性能明顯提服干擾的作用更及時，控制性能明顯提

17、高。高。 第二節(jié)第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)n 均勻控制系統(tǒng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上無法看均勻控制系統(tǒng)從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上無法看出它與簡單控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)的出它與簡單控制系統(tǒng)和串級控制系統(tǒng)的區(qū)別。其控制思想體現(xiàn)在調(diào)節(jié)器的參數(shù)區(qū)別。其控制思想體現(xiàn)在調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定中。整定中。 一、均勻控制原理一、均勻控制原理n 在如圖在如圖8 8所示的雙塔系統(tǒng)中，甲塔的液所示的雙塔系統(tǒng)中，甲塔的液位需要穩(wěn)定，乙塔的進料亦需要穩(wěn)定，這位需要穩(wěn)定，乙塔的進料亦需要穩(wěn)定，這兩個要求是相互矛盾的。甲塔的液位控制兩個要求是相互矛盾的。甲塔的液位控制系統(tǒng)，用來穩(wěn)定甲塔的液位，其調(diào)節(jié)參數(shù)系統(tǒng)，用來穩(wěn)定甲塔的液位，其調(diào)節(jié)參數(shù)是甲塔的底部

18、出料，顯然，穩(wěn)定了甲塔液是甲塔的底部出料，顯然，穩(wěn)定了甲塔液位，甲塔底部出料必然要波動。但甲塔底位，甲塔底部出料必然要波動。但甲塔底部出料又是乙塔的進料，乙搭進料流量的部出料又是乙塔的進料，乙搭進料流量的控制系統(tǒng)，為了穩(wěn)定進料流量，需要經(jīng)常控制系統(tǒng)，為了穩(wěn)定進料流量，需要經(jīng)常改變閥門的開度，使流量保持不變。因此，改變閥門的開度，使流量保持不變。因此，要使這兩個控制系統(tǒng)正常工作是不可能的。要使這兩個控制系統(tǒng)正常工作是不可能的。 n 要徹底解決這個矛盾，只有在甲、要徹底解決這個矛盾，只有在甲、乙兩個塔之間增加一個中間儲罐。但增乙兩個塔之間增加一個中間儲罐。但增加設(shè)備就增加了流程的復雜性，加大了加設(shè)

19、備就增加了流程的復雜性，加大了投資。另外，有些生產(chǎn)過程連續(xù)性要求投資。另外，有些生產(chǎn)過程連續(xù)性要求高，不宜增設(shè)中間儲罐。在理想狀態(tài)不高，不宜增設(shè)中間儲罐。在理想狀態(tài)不能實現(xiàn)的情況下，只有沖突的雙方各自能實現(xiàn)的情況下，只有沖突的雙方各自降低要求，以求共存。均勻控制思想就降低要求，以求共存。均勻控制思想就是在這樣的應(yīng)用背景下提出來的。是在這樣的應(yīng)用背景下提出來的。 n 通過分析，可以看到這類系統(tǒng)的液通過分析，可以看到這類系統(tǒng)的液位和流量都不是要求很高的被控變量，位和流量都不是要求很高的被控變量，可以在一定范圍內(nèi)波動，這也是可以采可以在一定范圍內(nèi)波動，這也是可以采用均勻控制的前提條件，即控制目標發(fā)用

20、均勻控制的前提條件，即控制目標發(fā)生了變化。生了變化。 n 圖圖9 9中（中（a a）為沖突的無法實現(xiàn)的兩）為沖突的無法實現(xiàn)的兩個控制目標，（個控制目標，（b b）為調(diào)整后體現(xiàn)均勻）為調(diào)整后體現(xiàn)均勻控制思想的可實現(xiàn)的控制目標。在圖控制思想的可實現(xiàn)的控制目標。在圖9 9（b b）中，由于干擾使液位升高時，不）中，由于干擾使液位升高時，不是迅速有力地調(diào)整，使液位幾乎不變，是迅速有力地調(diào)整，使液位幾乎不變，而是允許有一定幅度的上升。同時，流而是允許有一定幅度的上升。同時，流量也相應(yīng)地增加一些，分擔液位受到的量也相應(yīng)地增加一些，分擔液位受到的干擾；同理，流量受到干擾而變化時，干擾；同理，流量受到干擾而變

21、化時，液位也分擔流量受到的干擾。如此液位也分擔流量受到的干擾。如此“均均勻勻”地互幫互助，相互共存。地互幫互助，相互共存。 二、均勻控制的實現(xiàn)方案二、均勻控制的實現(xiàn)方案n1 1、簡單均勻控制系統(tǒng)、簡單均勻控制系統(tǒng)n 下圖是一個簡單均勻控制系統(tǒng)，可以實下圖是一個簡單均勻控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)基本滿足甲塔液位和乙搭進料流量的控制現(xiàn)基本滿足甲塔液位和乙搭進料流量的控制要求。要求。n 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，它與簡單液位控從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上看，它與簡單液位控制系統(tǒng)一樣制系統(tǒng)一樣。為了實現(xiàn)。為了實現(xiàn)“均勻均勻”控制，控制，在整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時，要按均勻控制思在整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時，要按均勻控制思想進行。通常采用純比例調(diào)節(jié)器，且

22、比想進行。通常采用純比例調(diào)節(jié)器，且比例度放在較大的數(shù)值上，實踐中要同時例度放在較大的數(shù)值上，實踐中要同時觀察兩個被控變量的過渡過程來調(diào)整比觀察兩個被控變量的過渡過程來調(diào)整比例度，以達到滿意地例度，以達到滿意地“均勻均勻”。有時為。有時為了防止液位超限，也引入較弱的積分作了防止液位超限，也引入較弱的積分作用。微分作用與均勻思想矛盾，不能采用。微分作用與均勻思想矛盾，不能采用。用。 2 2串級均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)n 簡單均勻控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便。簡單均勻控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)方便。但對于壓力干擾反應(yīng)不及時，另外，當系統(tǒng)自但對于壓力干擾反應(yīng)不及時，另外，當系統(tǒng)自衡能力較強時，控制效

23、果也較差。為了克服這衡能力較強時，控制效果也較差。為了克服這兩個缺點或這兩個方面的干擾，引入副環(huán)構(gòu)成兩個缺點或這兩個方面的干擾，引入副環(huán)構(gòu)成串級均勻控制系統(tǒng)，如下圖所示。串級均勻控制系統(tǒng)，如下圖所示。 n 上圖從結(jié)構(gòu)上看，它與液位上圖從結(jié)構(gòu)上看，它與液位- -流量串級流量串級控制系統(tǒng)完全一樣。串級控制中副變量的控控制系統(tǒng)完全一樣。串級控制中副變量的控制要求不高，這一點與均勻控制的要求類似。制要求不高，這一點與均勻控制的要求類似。在這里的串級均勻中，副環(huán)用來克服塔壓變在這里的串級均勻中，副環(huán)用來克服塔壓變化；主環(huán)中，不對主變量提出嚴格的控制要化；主環(huán)中，不對主變量提出嚴格的控制要求，采用純比例，

24、一般不用積分。整定調(diào)節(jié)求，采用純比例，一般不用積分。整定調(diào)節(jié)器參數(shù)時，主副調(diào)節(jié)器都采用純比例控制規(guī)器參數(shù)時，主副調(diào)節(jié)器都采用純比例控制規(guī)律，比例度一般都較大。整定時不是要求主、律，比例度一般都較大。整定時不是要求主、副變量的過渡過程呈某個衰減比的變化，而副變量的過渡過程呈某個衰減比的變化，而是要看主、副變量能否是要看主、副變量能否“均勻均勻”地得到控制。地得到控制。 第三節(jié)第三節(jié) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)n 一、比值控制原理一、比值控制原理n 在煉油、化工、制藥等許多生產(chǎn)過程中，在煉油、化工、制藥等許多生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要兩種物料或兩種以上的物料保持經(jīng)常需要兩種物料或兩種以上的物料保持一定的比

25、例關(guān)系。最常見的是燃燒過程，一定的比例關(guān)系。最常見的是燃燒過程，燃料與空氣要保持一定的比例關(guān)系，才能燃料與空氣要保持一定的比例關(guān)系，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求：造紙過程中，濃滿足生產(chǎn)和環(huán)保的要求：造紙過程中，濃紙漿與水要以一定的比例混合，才能制造紙漿與水要以一定的比例混合，才能制造出合格的紙漿；許多化學反應(yīng)的諸個進料出合格的紙漿；許多化學反應(yīng)的諸個進料要保持一定的比例。要保持一定的比例。 n 通常，在兩個需要保持一定比例關(guān)系通常，在兩個需要保持一定比例關(guān)系的物料中，一個是主動量或關(guān)鍵量，另一的物料中，一個是主動量或關(guān)鍵量，另一個是從動量或輔助量。由于物料通常是液個是從動量或輔助量。由于物料通常是

26、液體，因此稱主動量為主流量體，因此稱主動量為主流量F FMM，從動量為，從動量為副流量副流量F FS S。F FMM與與F FS S之間的關(guān)系為之間的關(guān)系為n FsFsKFKFM M （8 8l l）n式中，式中，K K為比值系數(shù)。為比值系數(shù)。n 因此，只要主副流量的給定值保持比值因此，只要主副流量的給定值保持比值關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定關(guān)系，或者副流量給定值隨主流量按一定比例關(guān)系而變化即可實現(xiàn)比值控制。比例關(guān)系而變化即可實現(xiàn)比值控制。 二、比值控制系統(tǒng)的類型二、比值控制系統(tǒng)的類型nl l單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)n 左圖表示一個燃燒過左圖表示一個燃燒過程單閉環(huán)比值控制系

27、統(tǒng)，程單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，主流量是燃料，副流量主流量是燃料，副流量是空氣。是空氣。F FMMT T測量出主測量出主流量并變換為標準信號，流量并變換為標準信號，乘以比值系數(shù)乘以比值系數(shù)K K后，作后，作為副流量控制系統(tǒng)中被為副流量控制系統(tǒng)中被控變量控變量FsFs的給定值。如的給定值。如此，可以保持主流量與此，可以保持主流量與副流量之間的比例關(guān)系。副流量之間的比例關(guān)系。 n 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外觀上看，似乎單閉環(huán)比值從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)外觀上看，似乎單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)很相似。但它們的控制系統(tǒng)與串級控制系統(tǒng)很相似。但它們的方塊圖是不同的，功能也是不同的。單閉環(huán)方塊圖是不同的，功能也是不同的。單閉環(huán)比值控

28、制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。比值控制系統(tǒng)的方塊圖如下圖所示。n 從上圖中可以看到，沒有主對象和從上圖中可以看到，沒有主對象和主調(diào)節(jié)器，這是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在主調(diào)節(jié)器，這是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上與串級不同的地方，串級中的副結(jié)構(gòu)上與串級不同的地方，串級中的副變量是調(diào)節(jié)變量到被控變量之間總對象變量是調(diào)節(jié)變量到被控變量之間總對象的一個中間變量，而比值中，副流量不的一個中間變量，而比值中，副流量不會影響主流量，這是兩者之間本質(zhì)上的會影響主流量，這是兩者之間本質(zhì)上的區(qū)別。區(qū)別。 n 副流量控制系統(tǒng)是一個隨動控制系統(tǒng)，副流量控制系統(tǒng)是一個隨動控制系統(tǒng)，它的給定值由系統(tǒng)外部的它的給定值由系統(tǒng)外部的KFKF

29、MM提供，它的提供，它的任務(wù)就是使副流量任務(wù)就是使副流量FsFs盡可能地保持與盡可能地保持與KFKFMM相相等，隨等，隨F FMM的變化而變化，始終保持的變化而變化，始終保持F FMM與與FsFs的比值關(guān)系。當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，比值關(guān)的比值關(guān)系。當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，比值關(guān)系是比較精確的；在動態(tài)過程中，比值關(guān)系是比較精確的；在動態(tài)過程中，比值關(guān)系相對而言不夠精確。另外，當主流量處系相對而言不夠精確。另外，當主流量處于不變的狀態(tài)時，副流量控制系統(tǒng)又相當于不變的狀態(tài)時，副流量控制系統(tǒng)又相當于一個定值控制系統(tǒng)。于一個定值控制系統(tǒng)。 n 總之，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能克服總之，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，能克服副流量

30、的波動，能隨著主流量的變化而變副流量的波動，能隨著主流量的變化而變化，使化，使F FMM與與FsFs保持比值關(guān)系。但是單閉環(huán)保持比值關(guān)系。但是單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)不能克服主流量的變化，當比值控制系統(tǒng)不能克服主流量的變化，當希望主流量也較穩(wěn)定時，單閉環(huán)比值控制希望主流量也較穩(wěn)定時，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)就無法勝任了。因此，它應(yīng)用于主流系統(tǒng)就無法勝任了。因此，它應(yīng)用于主流量不允許被控制的場合和主流量沒有必要量不允許被控制的場合和主流量沒有必要進行控制的場合。進行控制的場合。 2 2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)n 在主流量也需要控制的情況下，增加一在主流量也需要控制的情況下，增加一個主流量閉環(huán)控制

31、系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系個主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)就成為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，見下圖。統(tǒng)就成為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，見下圖。 n 由于增加了主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，主由于增加了主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，主流量得以穩(wěn)定，從而使得總流量能保持穩(wěn)流量得以穩(wěn)定，從而使得總流量能保持穩(wěn)定。定。n 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于總流雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于總流量需要經(jīng)常調(diào)整（即工藝負荷提降）的場量需要經(jīng)常調(diào)整（即工藝負荷提降）的場合。如果沒有這個要求，兩個單獨的閉環(huán)合。如果沒有這個要求，兩個單獨的閉環(huán)控制系統(tǒng)也能使兩個流量保持比例關(guān)系，控制系統(tǒng)也能使兩個流量保持比例關(guān)系，僅僅在動態(tài)過程中，比例關(guān)系不能保證

32、。僅僅在動態(tài)過程中，比例關(guān)系不能保證。 3 3變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)n 如果工藝上要求兩種如果工藝上要求兩種流量的比值依據(jù)其他條件流量的比值依據(jù)其他條件可以調(diào)整，則可構(gòu)建變比可以調(diào)整，則可構(gòu)建變比值控制系統(tǒng)。左圖是加熱值控制系統(tǒng)。左圖是加熱爐變比值控制系統(tǒng)，進料爐變比值控制系統(tǒng)，進料中燃料和空氣要保持一定中燃料和空氣要保持一定的比值關(guān)系，以維持正常的比值關(guān)系，以維持正常的燃燒，而燃燒的實際狀的燃燒，而燃燒的實際狀況又要從加熱爐出煙的氧況又要從加熱爐出煙的氧含量來加以判斷。因此，含量來加以判斷。因此，由由ATAT測出煙氣中的氧含量，測出煙氣中的氧含量，送給送給ACAC，ACAC是調(diào)節(jié)器，其

33、是調(diào)節(jié)器，其輸出作為單閉環(huán)比值控制輸出作為單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的比值的給定值系統(tǒng)的比值的給定值 。n該系統(tǒng)的方塊如下圖所示。該系統(tǒng)的方塊如下圖所示。n 圖中單閉環(huán)比值系統(tǒng)采用的是相除方案，圖中單閉環(huán)比值系統(tǒng)采用的是相除方案，雙閉環(huán)比值系統(tǒng)一樣可以構(gòu)成變比值系統(tǒng)。雙閉環(huán)比值系統(tǒng)一樣可以構(gòu)成變比值系統(tǒng)。另外，該系統(tǒng)又是一個串級控制系統(tǒng)，是氧另外，該系統(tǒng)又是一個串級控制系統(tǒng)，是氧含量含量- -流量比值串級控制系統(tǒng)。流量比值串級控制系統(tǒng)。 第四節(jié)第四節(jié) 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)n 分程控制原理：通常，在一個控制系統(tǒng)分程控制原理：通常，在一個控制系統(tǒng)中，一個調(diào)節(jié)器的輸出信號只控制一個執(zhí)行中，一個調(diào)節(jié)器的輸

34、出信號只控制一個執(zhí)行器或調(diào)節(jié)閥（以下均以氣動執(zhí)行器為例），器或調(diào)節(jié)閥（以下均以氣動執(zhí)行器為例），其結(jié)構(gòu)與特性見下圖。其結(jié)構(gòu)與特性見下圖。 n 上圖中的閥門為氣開閥，即控制信上圖中的閥門為氣開閥，即控制信號號P P為最?。樽钚。? 002MPa02MPa）時，閥門全關(guān)）時，閥門全關(guān)閉；閉；P P為最大（為最大（0 01MPa1MPa）時，閥門全）時，閥門全打開。圖中（打開。圖中（C C）是調(diào)節(jié)閥的特性圖，）是調(diào)節(jié)閥的特性圖，（b b）是閥門結(jié)構(gòu)圖。）是閥門結(jié)構(gòu)圖。 n 如果一個調(diào)節(jié)器的輸出信號同時送給兩如果一個調(diào)節(jié)器的輸出信號同時送給兩個調(diào)節(jié)閥，構(gòu)成如下圖所示的系統(tǒng)，這就是個調(diào)節(jié)閥，構(gòu)成如下圖

35、所示的系統(tǒng)，這就是一種分程控制系統(tǒng)。這里兩個閥門并聯(lián)使用，一種分程控制系統(tǒng)。這里兩個閥門并聯(lián)使用，它們都是氣開閥，其工作特性如圖（它們都是氣開閥，其工作特性如圖（b b）所）所示。示。 n 閥門閥門A A：控制信號：控制信號P P為為0 002 MPa02 MPa時，全時，全關(guān)；隨著關(guān)；隨著P P增加，開度增加，當增加，開度增加，當P P增至增至0 006 06 MPaMPa時，閥門全部打開；時，閥門全部打開；P P繼續(xù)增加，閥門繼續(xù)增加，閥門保持全開狀態(tài)，直至保持全開狀態(tài)，直至P P達最大。閥門達最大。閥門B B：在控：在控制信號制信號P P從從0 00202增加到增加到0.06 MPa0.

36、06 MPa之間一直之間一直保持全關(guān)狀態(tài)。從保持全關(guān)狀態(tài)。從0.06 MPa0.06 MPa起，閥門逐步起，閥門逐步打開；至打開；至0 01 MPa1 MPa處，閥門全開。可見，處，閥門全開。可見，兩個閥門在控制信號的不同區(qū)間從全關(guān)到全兩個閥門在控制信號的不同區(qū)間從全關(guān)到全開，走完整個行程。開，走完整個行程。n 由于閥門有氣開和氣關(guān)兩種特性，兩個閥門就有由于閥門有氣開和氣關(guān)兩種特性，兩個閥門就有四種組合特性，如上圖所示。圖（四種組合特性，如上圖所示。圖（a a）和（）和（b b）時兩個）時兩個閥門同方向運動，（閥門同方向運動，（c c）和（）和（d d）表明兩個閥門作用方）表明兩個閥門作用方向

37、相異。理論上講，分程控制可以是兩個以上閥門共向相異。理論上講，分程控制可以是兩個以上閥門共同控制，但實際上，一般采用的都是兩個閥門分程。同控制，但實際上，一般采用的都是兩個閥門分程。n 綜上所述，從結(jié)構(gòu)上看，簡單控制綜上所述，從結(jié)構(gòu)上看，簡單控制系統(tǒng)只有一個調(diào)節(jié)閥，而分程控制有兩系統(tǒng)只有一個調(diào)節(jié)閥，而分程控制有兩個調(diào)節(jié)閥；從特性上看，分程控制的閥個調(diào)節(jié)閥；從特性上看，分程控制的閥門特性如上圖所示，簡單控制的閥門特門特性如上圖所示，簡單控制的閥門特性如圖性如圖1717（c c）所示。當然，分程控制可）所示。當然，分程控制可以應(yīng)用于任何類型的控制系統(tǒng)之中。以應(yīng)用于任何類型的控制系統(tǒng)之中。 第五節(jié)第

38、五節(jié) 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)n 一、選擇性控制原理一、選擇性控制原理n 通常的自動控制系統(tǒng)都是在生產(chǎn)過程通常的自動控制系統(tǒng)都是在生產(chǎn)過程處于正常工況時發(fā)揮作用的，如遇到不處于正常工況時發(fā)揮作用的，如遇到不正常工況，則往往要退出自動控制而切正常工況，則往往要退出自動控制而切換為手動，待工況基本恢復再投入自動換為手動，待工況基本恢復再投入自動控制狀態(tài)?？刂茽顟B(tài)。 n 現(xiàn)代石油、化工等過程工業(yè)中，越現(xiàn)代石油、化工等過程工業(yè)中，越來越多的生產(chǎn)裝置要求控制系統(tǒng)既能在來越多的生產(chǎn)裝置要求控制系統(tǒng)既能在正常工藝狀況下發(fā)揮控制作用，又能在正常工藝狀況下發(fā)揮控制作用，又能在非正常工況下仍然起到自動控制作用

39、，非正常工況下仍然起到自動控制作用，使生產(chǎn)過程盡快恢復到正常工況，至少使生產(chǎn)過程盡快恢復到正常工況，至少也是有助于或有待于工況恢復正常。這也是有助于或有待于工況恢復正常。這種非正常工況時的控制系統(tǒng)屬于安全保種非正常工況時的控制系統(tǒng)屬于安全保護措施，安保措施有兩大類，一是硬保護措施，安保措施有兩大類，一是硬保護，二是軟保護。護，二是軟保護。 n 硬保護措施就是聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)。硬保護措施就是聯(lián)鎖保護控制系統(tǒng)。當生產(chǎn)過程工況超出一定范圍時，聯(lián)鎖保當生產(chǎn)過程工況超出一定范圍時，聯(lián)鎖保護系統(tǒng)采取一系列相應(yīng)的措施，如報警、護系統(tǒng)采取一系列相應(yīng)的措施，如報警、自動到手動、聯(lián)鎖動作等，使生產(chǎn)過程處自動到手動

40、、聯(lián)鎖動作等，使生產(chǎn)過程處于相對安全的狀態(tài)。但這種硬保護措施經(jīng)于相對安全的狀態(tài)。但這種硬保護措施經(jīng)常使生產(chǎn)停車，造成較大的經(jīng)濟損失。于常使生產(chǎn)停車，造成較大的經(jīng)濟損失。于是，人們在實踐中探索出許多更為安全經(jīng)是，人們在實踐中探索出許多更為安全經(jīng)濟的軟保護措施來減少停車造成的損失。濟的軟保護措施來減少停車造成的損失。 n 所謂軟保護措施，就是當生產(chǎn)工況超所謂軟保護措施，就是當生產(chǎn)工況超出一定范圍時，不是消極地輸入聯(lián)銷保護出一定范圍時，不是消極地輸入聯(lián)銷保護甚至停車，而是自動地切換到一種新控制甚至停車，而是自動地切換到一種新控制系統(tǒng)中，這個新的控制系統(tǒng)取代了原來的系統(tǒng)中，這個新的控制系統(tǒng)取代了原來的

41、控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制，當工況恢控制系統(tǒng)對生產(chǎn)過程進行控制，當工況恢復時，又自動地切換到原來的控制系統(tǒng)中。復時，又自動地切換到原來的控制系統(tǒng)中。由于要對工況是否正常進行判斷，要在兩由于要對工況是否正常進行判斷，要在兩個控制系統(tǒng)當中選擇。因此，稱為選擇性個控制系統(tǒng)當中選擇。因此，稱為選擇性控制系統(tǒng)，有時也稱為取代控制或超馳控控制系統(tǒng)，有時也稱為取代控制或超馳控制。制。 n 選擇性控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的最大特點是選擇性控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上的最大特點是有一個選擇器，通常是兩個輸入信號，一個有一個選擇器，通常是兩個輸入信號，一個輸出信號，如下圖。對于高選器，輸出信號輸出信號，如下圖。對于高選器，輸出信號

42、Y Y等于等于X X1 1和和X X2 2中數(shù)值較大的一個，如中數(shù)值較大的一個，如X X1 1=5mA=5mA，X X2 24mA4mA，Y Y5mA5mA。對于低選器，輸出信。對于低選器，輸出信號號Y Y等于等于X X1 1和和X X2 2中數(shù)值較小的一個。中數(shù)值較小的一個。 n 高選器時，正常工藝情況下參與控高選器時，正常工藝情況下參與控制的信號應(yīng)該比較強，如設(shè)為制的信號應(yīng)該比較強，如設(shè)為X X1 1，則，則X X1 1應(yīng)明顯大于應(yīng)明顯大于X X2 2。出現(xiàn)不正常工藝時，。出現(xiàn)不正常工藝時，X X2 2變得大于變得大于X X1 1，高選器輸出，高選器輸出Y Y轉(zhuǎn)而等于轉(zhuǎn)而等于X X2 2；

43、待工藝恢復正常后，待工藝恢復正常后，X X2 2又下降到小于又下降到小于X X1 1，Y Y又恢復為選擇又恢復為選擇X X1 1。這就是選擇性控制原。這就是選擇性控制原理。理。 二、選擇性控制系統(tǒng)的類型二、選擇性控制系統(tǒng)的類型n l l、開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)、開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)n 如圖如圖2626所示是一個丙稀冷卻器溫度所示是一個丙稀冷卻器溫度控制系統(tǒng)，目的是使裂解氣的溫度下降控制系統(tǒng)，目的是使裂解氣的溫度下降并穩(wěn)定在一定的溫度上。測量裂解氣出并穩(wěn)定在一定的溫度上。測量裂解氣出口溫度口溫度T T，如，如T T偏高，使液丙烯流量加大，偏高，使液丙烯流量加大，冷卻器中的液丙烯液面升高，載有裂解冷

44、卻器中的液丙烯液面升高，載有裂解氣的列管與液丙稀的接觸面積增大，換氣的列管與液丙稀的接觸面積增大，換熱加快，熱加快，T T下降，達到控制的目的。這下降，達到控制的目的。這是正常的工況時的控制作用。是正常的工況時的控制作用。 n 如果干擾很大，裂解氣進口溫度很高，如果干擾很大，裂解氣進口溫度很高，液面上升到全部列管均已浸在液丙烯中，仍液面上升到全部列管均已浸在液丙烯中，仍然不能將然不能將T T降下來，控制系統(tǒng)勢必要繼續(xù)加降下來，控制系統(tǒng)勢必要繼續(xù)加大液丙稀的流量。但這時，繼續(xù)加大液丙烯大液丙稀的流量。但這時，繼續(xù)加大液丙烯流量不能進一步增加列管與液丙烯的換熱面流量不能進一步增加列管與液丙烯的換熱

45、面積，而且，由于液面很高，液丙烯的蒸發(fā)空積，而且，由于液面很高，液丙烯的蒸發(fā)空間太小，使換熱效率下降。更為嚴重的問題間太小，使換熱效率下降。更為嚴重的問題是，出口氣丙烯中可能帶有液體，即帶液現(xiàn)是，出口氣丙烯中可能帶有液體，即帶液現(xiàn)象，帶液氣丙烯送入壓縮機會損壞壓縮機，象，帶液氣丙烯送入壓縮機會損壞壓縮機，這是不允許的。因此，在非正常工況時，無這是不允許的。因此，在非正常工況時，無法用圖法用圖2626所示的簡單控制系統(tǒng)解決。所示的簡單控制系統(tǒng)解決。 n 根據(jù)選擇性控制思想，設(shè)計一個開關(guān)型根據(jù)選擇性控制思想，設(shè)計一個開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)如圖選擇性控制系統(tǒng)如圖2727所示。比簡單控制系所示。比簡單控

46、制系統(tǒng)增加了液位變送器和電磁三通閥。正常工統(tǒng)增加了液位變送器和電磁三通閥。正常工況時，三通閥將溫度調(diào)節(jié)器來的控制信號況時，三通閥將溫度調(diào)節(jié)器來的控制信號P P送至氣動調(diào)節(jié)器室，系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)相送至氣動調(diào)節(jié)器室，系統(tǒng)與簡單控制系統(tǒng)相同。當液位上升到一定位置時，液位變送器同。當液位上升到一定位置時，液位變送器的上限節(jié)點接通，電磁閥通電，切斷控制信的上限節(jié)點接通，電磁閥通電，切斷控制信號號P P的通路，將大氣（即表壓為的通路，將大氣（即表壓為0 0）通入氣室，）通入氣室，閥門關(guān)閉。液位回降至一定位置時，液位變閥門關(guān)閉。液位回降至一定位置時，液位變送器上的上限節(jié)點斷開，電磁三通閥失電，送器上的上限

47、節(jié)點斷開，電磁三通閥失電，系統(tǒng)恢復為簡單溫度控制系統(tǒng)。系統(tǒng)恢復為簡單溫度控制系統(tǒng)。 n這個系統(tǒng)的方塊圖如圖這個系統(tǒng)的方塊圖如圖2828所示。所示。 2 2連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)n 開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥，在正常工開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)閥，在正常工況向非正常工況切換時不是全開就是全關(guān)。連續(xù)型況向非正常工況切換時不是全開就是全關(guān)。連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)則是切換到另一個連續(xù)控制系統(tǒng)。選擇性控制系統(tǒng)則是切換到另一個連續(xù)控制系統(tǒng)。如圖如圖2929是壓縮機的連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)。是壓縮機的連續(xù)型選擇性控制系統(tǒng)。 n 正常工況時，正常工況時，P P2 2C C的輸出信號小于的輸

48、出信號小于P P1 1C C的的輸出信號，輸出信號，LSLS選選P P2 2C C的輸出信號，系統(tǒng)維持壓的輸出信號，系統(tǒng)維持壓縮機的出口壓力縮機的出口壓力P P2 2比穩(wěn)定不變。當壓縮機進比穩(wěn)定不變。當壓縮機進口壓力口壓力P P1 1下降至一定程度時，壓縮機會產(chǎn)生下降至一定程度時，壓縮機會產(chǎn)生喘振，這成為主要的問題。由于采用了低選喘振，這成為主要的問題。由于采用了低選器器LSLS，當，當P P1 1降至一定數(shù)值時，降至一定數(shù)值時，P P1 1C C的輸出信號的輸出信號會低于會低于P P2 2C C 的輸出信號，的輸出信號，LSLS選擇選擇P P1 1C C的輸出信的輸出信號為輸出，系統(tǒng)切換成為

49、進口壓力控制系統(tǒng)，號為輸出，系統(tǒng)切換成為進口壓力控制系統(tǒng)，將閥門關(guān)小，以維持將閥門關(guān)小，以維持P P1 1不低于安全限；當進不低于安全限；當進口壓力口壓力P P1 1回升，回升，P P1 1C C使閥門開大，使閥門開大，P P2 2回升，待回升，待P P2 2回升到一定程度時，回升到一定程度時，P P2 2C C 的輸出變得小于的輸出變得小于P P1 1C C的輸出，低選器動作，系統(tǒng)恢復正常。的輸出，低選器動作，系統(tǒng)恢復正常。 3 3混合型選擇性控制系統(tǒng)混合型選擇性控制系統(tǒng)n 同時在一個控制系統(tǒng)中使用開關(guān)型與連續(xù)型選同時在一個控制系統(tǒng)中使用開關(guān)型與連續(xù)型選擇性控制，就是混合型選擇控制系統(tǒng)。在鍋

50、爐的擇性控制，就是混合型選擇控制系統(tǒng)。在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，正常情況下，燃料氣量根據(jù)蒸汽出燃燒系統(tǒng)中，正常情況下，燃料氣量根據(jù)蒸汽出口壓力來調(diào)整。但有兩種非正常工況可能出現(xiàn)：口壓力來調(diào)整。但有兩種非正常工況可能出現(xiàn)：一是燃料氣壓力過高，產(chǎn)生一是燃料氣壓力過高，產(chǎn)生“脫火脫火”現(xiàn)象，燃燒現(xiàn)象，燃燒室中火焰熄滅，大量未燃燒的燃料氣積存在燃燒室中火焰熄滅，大量未燃燒的燃料氣積存在燃燒室內(nèi)，煙囪冒黑煙，并有爆炸的危險，因此，應(yīng)室內(nèi)，煙囪冒黑煙，并有爆炸的危險，因此，應(yīng)采取措施，使燃料氣壓力不致過高；二是燃料氣采取措施，使燃料氣壓力不致過高；二是燃料氣壓力也不能過低，太低的燃料氣壓力有壓力也不能過低，太低

51、的燃料氣壓力有“回火回火”的危險，導致燃料氣貯罐燃燒和爆炸，因此，也的危險，導致燃料氣貯罐燃燒和爆炸，因此，也需要采取措施，使燃料氣壓力不過低。需要采取措施，使燃料氣壓力不過低。 n 結(jié)合兩種非正常工況的需要，設(shè)計混合結(jié)合兩種非正常工況的需要，設(shè)計混合型選擇性系統(tǒng)如圖型選擇性系統(tǒng)如圖3030。 n 正常工況時，蒸氣壓力正常工況時，蒸氣壓力P P1 1上升，上升，a a下降，下降，d d下降，閥門關(guān)小，燃料氣流量減小，使下降，閥門關(guān)小，燃料氣流量減小，使P P1 1下降，實現(xiàn)控制。下降，實現(xiàn)控制。n 如如P P2 2上升至有上升至有“脫火脫火”危險時，危險時，b b小于小于a a，d db b，

52、閥門關(guān)小，使，閥門關(guān)小，使P P2 2下降，起防下降，起防“脫火脫火”作用。作用。P P2 2降至正常后，系統(tǒng)恢復蒸汽壓力控降至正常后，系統(tǒng)恢復蒸汽壓力控制系統(tǒng)，是連續(xù)型選擇性控制。制系統(tǒng)，是連續(xù)型選擇性控制。 n 如如P P3 3下降至有下降至有“回火回火”危險時，危險時，P P3 3C C的的下限節(jié)點接通，使三通電磁閥通電，電磁下限節(jié)點接通，使三通電磁閥通電，電磁閥動作，氣動調(diào)節(jié)閥膜頭氣室通大氣，氣閥動作，氣動調(diào)節(jié)閥膜頭氣室通大氣，氣動調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，起防止動調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，起防止“回火回火”作用。作用。P P3 3回升后，系統(tǒng)恢復為蒸汽壓力控制系統(tǒng)，回升后，系統(tǒng)恢復為蒸汽壓力控制系統(tǒng)，是開關(guān)型選

53、擇性控制。是開關(guān)型選擇性控制。n 選擇器的使用，還可以構(gòu)成其他類型選擇器的使用，還可以構(gòu)成其他類型的復雜控制系統(tǒng)，有時也可以說，凡是應(yīng)的復雜控制系統(tǒng)，有時也可以說，凡是應(yīng)用選擇器的控制系統(tǒng)就是選擇性控制系統(tǒng)。用選擇器的控制系統(tǒng)就是選擇性控制系統(tǒng)。 三、積分飽和問題三、積分飽和問題nl l積分飽和現(xiàn)象積分飽和現(xiàn)象n 在選擇性控制系統(tǒng)中，由于采用了選擇在選擇性控制系統(tǒng)中，由于采用了選擇器，未被選用的調(diào)節(jié)器就處于開環(huán)狀態(tài)，器，未被選用的調(diào)節(jié)器就處于開環(huán)狀態(tài)，如調(diào)節(jié)器有積分作用，偏差又長期存在，如調(diào)節(jié)器有積分作用，偏差又長期存在，則調(diào)節(jié)器的輸出就會持續(xù)地朝一個方向變則調(diào)節(jié)器的輸出就會持續(xù)地朝一個方向變

54、化，直至極限狀態(tài)。超出氣動調(diào)節(jié)閥的正化，直至極限狀態(tài)。超出氣動調(diào)節(jié)閥的正常輸入信號范圍（常輸入信號范圍（0 002020 01MPa1MPa），這），這時就進入了積分飽和狀態(tài)。時就進入了積分飽和狀態(tài)。 n 如果在這種狀態(tài)下，該調(diào)節(jié)器重新被選如果在這種狀態(tài)下，該調(diào)節(jié)器重新被選用，它不能迅速地從極限狀態(tài)（即飽和狀態(tài)）用，它不能迅速地從極限狀態(tài)（即飽和狀態(tài)）的的0 014MPa14MPa或或OMPaOMPa進入氣動調(diào)節(jié)閥的正進入氣動調(diào)節(jié)閥的正常輸入信號范圍常輸入信號范圍0 002-002-01MPa1MPa之內(nèi)?？刂畠?nèi)?？刂葡到y(tǒng)不能及時地進行控制，系統(tǒng)質(zhì)量和安制系統(tǒng)不能及時地進行控制，系統(tǒng)質(zhì)量和安全

55、等性能都受到影響，甚至造成事故。積分全等性能都受到影響，甚至造成事故。積分飽和現(xiàn)象并不是選擇性控制系統(tǒng)所特有的，飽和現(xiàn)象并不是選擇性控制系統(tǒng)所特有的，只要符合產(chǎn)生積分飽和的三個條件，即：只要符合產(chǎn)生積分飽和的三個條件，即：調(diào)節(jié)器具有積分作用；調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀調(diào)節(jié)器具有積分作用；調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀況；調(diào)節(jié)器的偏差長期存在，系統(tǒng)都會發(fā)況；調(diào)節(jié)器的偏差長期存在，系統(tǒng)都會發(fā)生積分飽和現(xiàn)象。生積分飽和現(xiàn)象。 2 2抗積分飽和的措施抗積分飽和的措施n（l l）限幅法：）限幅法： 采用技術(shù)措施，將調(diào)節(jié)器采用技術(shù)措施，將調(diào)節(jié)器輸出信號限制在工作信號范圍之內(nèi)。輸出信號限制在工作信號范圍之內(nèi)。DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)

56、器系列有限幅型調(diào)節(jié)器，型調(diào)節(jié)器系列有限幅型調(diào)節(jié)器，可以克服積分飽和?？梢钥朔e分飽和。n（2 2）積分切除法：）積分切除法： 當調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀當調(diào)節(jié)器處于開環(huán)狀態(tài)時，自動切除其積分作用，就不會出現(xiàn)態(tài)時，自動切除其積分作用，就不會出現(xiàn)積分飽和。如積分飽和。如DDZ-DDZ-型調(diào)節(jié)器系列中有型調(diào)節(jié)器系列中有PIPIP P調(diào)節(jié)器，它在閉環(huán)中是調(diào)節(jié)器，它在閉環(huán)中是PIPI作用；處于作用；處于開環(huán)時，調(diào)節(jié)器為純比例作用開環(huán)時，調(diào)節(jié)器為純比例作用P P。 第六節(jié)第六節(jié) 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)n一前饋控制原理一前饋控制原理n 前面討論的所有控制系統(tǒng)，都屬于反饋前面討論的所有控制系統(tǒng)，都屬于反饋控制系統(tǒng)，

57、無論其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何，它們的調(diào)控制系統(tǒng)，無論其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何，它們的調(diào)節(jié)回路的基本工作原理都是一樣的。下面要節(jié)回路的基本工作原理都是一樣的。下面要介紹的前饋控制系統(tǒng)則有著截然不同的控制介紹的前饋控制系統(tǒng)則有著截然不同的控制思想。前饋控制思想及應(yīng)用由來已久，但主思想。前饋控制思想及應(yīng)用由來已久，但主要是由于技術(shù)條件的限制，發(fā)展較慢。隨著要是由于技術(shù)條件的限制，發(fā)展較慢。隨著計算機和現(xiàn)代檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，前饋控計算機和現(xiàn)代檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，前饋控制正受到更多的重視和應(yīng)用。制正受到更多的重視和應(yīng)用。 n 在反饋控制系統(tǒng)中，都是把被控變量在反饋控制系統(tǒng)中，都是把被控變量測量出來，并與給定值相比較；而在

58、前饋測量出來，并與給定值相比較；而在前饋控制系統(tǒng)中，不測量被控變量，而是測量控制系統(tǒng)中，不測量被控變量，而是測量干擾變量，也不與被控變量的給定值進行干擾變量，也不與被控變量的給定值進行比較。這是前饋與反饋的主要區(qū)別。為了比較。這是前饋與反饋的主要區(qū)別。為了系統(tǒng)地說明前饋控制思想，同時也為了在系統(tǒng)地說明前饋控制思想，同時也為了在比較中進一步加深對反饋控制思想的理解，比較中進一步加深對反饋控制思想的理解，畫出圖畫出圖3131進行比較分析。進行比較分析。 n 圖圖3131中的（中的（a a）是反饋控制，（）是反饋控制，（b b）是前）是前饋控制。在前饋控制中，測量需要被加熱的饋控制。在前饋控制中，測

59、量需要被加熱的原油的流量，流量偏大就增加燃料量，原油原油的流量，流量偏大就增加燃料量，原油流量偏小就減少燃料量，以達到穩(wěn)定原油出流量偏小就減少燃料量，以達到穩(wěn)定原油出口溫度的目的?？跍囟鹊哪康?。 n 從動態(tài)過程分析，當原油流量增大時，從動態(tài)過程分析，當原油流量增大時，一段時間后，出口溫度會下降。但前饋測量一段時間后，出口溫度會下降。但前饋測量出原油流量的增加量，迅速增加燃料量。如出原油流量的增加量，迅速增加燃料量。如果燃料增加的量和時機都很好，有可能在爐果燃料增加的量和時機都很好，有可能在爐膛中將干擾克服，幾乎不影響原油出口溫度。膛中將干擾克服，幾乎不影響原油出口溫度。n 如果該加熱爐只存在原

60、油流量這一個干如果該加熱爐只存在原油流量這一個干擾，那么理論上講，前饋控制可以把原油出擾，那么理論上講，前饋控制可以把原油出口溫度控制得很精確，甚至被控變量一點也口溫度控制得很精確，甚至被控變量一點也不波動。這就是前饋控制思想，也是前饋控不波動。這就是前饋控制思想，也是前饋控制的生命力所在。制的生命力所在。 二前饋控制與反饋控制的比較二前饋控制與反饋控制的比較 n通常認為，前饋控制有如下幾個特點：通常認為，前饋控制有如下幾個特點：n （l l）是）是“開環(huán)開環(huán)”控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；n （2 2）對所測干擾反應(yīng)快，控制及時；）對所測干擾反應(yīng)快，控制及時；n （3 3）采用專用調(diào)節(jié)器；）采用專用調(diào)