第八章復(fù)雜控制系統(tǒng)PPT課件

1、第八章第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系華東理工大學(xué)信息學(xué)院自動(dòng)化系必要性：必要性： 隨著生產(chǎn)過程的隨著生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化大型化和復(fù)雜化，對(duì)操作條件的要，對(duì)操作條件的要求更加嚴(yán)格，變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。求更加嚴(yán)格，變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。需要引入需要引入復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)。 現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了現(xiàn)代化生產(chǎn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提出了更高要求更高要求。 生產(chǎn)過程中的某些生產(chǎn)過程中的某些特殊要求特殊要求，如物料配比、前后生，如物料配比、前后生產(chǎn)工序的協(xié)調(diào)等問題。產(chǎn)工序的協(xié)調(diào)等問題。根據(jù)系統(tǒng)的根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)所擔(dān)負(fù)的任務(wù)來分：來分：串級(jí)、均勻、比值

2、、分程、串級(jí)、均勻、比值、分程、選擇性、選擇性、前饋、前饋、多多沖量等沖量等8.1 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：8.2 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)8.6 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)8.4 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)8.3 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)8.1.1 組成原理組成原理 T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 圖圖8-1 加熱爐溫度加熱爐溫度 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制通道過程分析：控制通道過程分析：溫度系統(tǒng)滯后太大，溫度系統(tǒng)滯后太大，導(dǎo)致誤差長時(shí)間不能導(dǎo)致誤差長時(shí)間不能克服，誤差太大，不克服，誤差太大，不符合工藝要求。符合工藝要求。主要問題：主要問題：滯后太大，控制不及

3、時(shí)滯后太大，控制不及時(shí)。8.1 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)被控變量的偏差是由什么引起的？被控變量的偏差是由什么引起的？問題解決思路分析：問題解決思路分析：答：控制住這些擾動(dòng)，應(yīng)該可以減小被控變量答：控制住這些擾動(dòng)，應(yīng)該可以減小被控變量的波動(dòng)。的波動(dòng)。答：是由于各種答：是由于各種擾動(dòng)擾動(dòng)引起的。引起的。最容易想到的解決問題的辦法是什么？最容易想到的解決問題的辦法是什么？ T 被加熱原料 TT TC 燃料油 出口溫度 燃料壓力的波動(dòng)燃料壓力的波動(dòng)加熱爐溫度控制系統(tǒng)加熱爐溫度控制系統(tǒng)該加熱爐的該加熱爐的主要擾動(dòng)主要擾動(dòng)有哪些呢？有哪些呢？燃料熱值的波動(dòng)燃料熱值的波動(dòng)原料流量的調(diào)整或波動(dòng)原料流量的調(diào)整或

4、波動(dòng)原料入口溫度的波動(dòng)等原料入口溫度的波動(dòng)等如果我們對(duì)每種擾動(dòng)如果我們對(duì)每種擾動(dòng)都進(jìn)行控制，肯定滿都進(jìn)行控制，肯定滿足工藝要求。但是，足工藝要求。但是，這樣控制系統(tǒng)就變得這樣控制系統(tǒng)就變得非常復(fù)雜、成本大大非常復(fù)雜、成本大大提高。提高。實(shí)際工業(yè)控制過程對(duì)控制系統(tǒng)的要求：實(shí)際工業(yè)控制過程對(duì)控制系統(tǒng)的要求：在滿足工藝要求的前提下，盡可能簡單、經(jīng)濟(jì)在滿足工藝要求的前提下，盡可能簡單、經(jīng)濟(jì) 人們研究出了一種不需要增加太多的儀表就可以人們研究出了一種不需要增加太多的儀表就可以使被控變量達(dá)到較高的控制精度的方法使被控變量達(dá)到較高的控制精度的方法串級(jí)控制串級(jí)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。復(fù)雜、成本高復(fù)雜、成本高串級(jí)控制系

5、統(tǒng)的思想：串級(jí)控制系統(tǒng)的思想：把時(shí)間常數(shù)較大的被控對(duì)象分解為兩把時(shí)間常數(shù)較大的被控對(duì)象分解為兩個(gè)時(shí)間常數(shù)較小的被控對(duì)象。個(gè)時(shí)間常數(shù)較小的被控對(duì)象。圖圖8-2 8-2 加熱爐控制過程分解加熱爐控制過程分解 加熱爐設(shè)備 出口溫度 T 燃料流量 爐膛溫度到被控變量 TM的設(shè)備 從燃料量到爐膛溫度 Ts 的設(shè)備 爐膛溫度TS 出口溫度 T 燃料流量 被控對(duì)象 1 被控對(duì)象 2 圖圖8-3 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng) T 被加熱原料被加熱原料 TMC TMT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 TST TSC 圖圖8-4 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 u rS

6、eM yM rM TMC TSC 控制閥 溫度對(duì)象 1 溫度對(duì)象 2 TS測(cè)量變送 TM測(cè)量變送 出 口 溫度 TM 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 爐 膛 溫度 TS - yS eS - q T 被加熱原料被加熱原料 TMC TMT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 TST TSC 圖圖8-3 加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)圖圖8-5 串級(jí)串級(jí)控制控制系統(tǒng)系統(tǒng)組成組成原理原理及術(shù)及術(shù)語語(1) 組成原理組成原理將原被控對(duì)象分解為兩個(gè)串聯(lián)的被控對(duì)象。將原被控對(duì)象分解為兩個(gè)串聯(lián)的被控對(duì)象。以分解后的兩個(gè)被控對(duì)象的中間變量作為副被控變量，構(gòu)成以分解后的兩個(gè)被控對(duì)象的中間變量作為副被

7、控變量，構(gòu)成一個(gè)副回路（簡單控制系統(tǒng)）。一個(gè)副回路（簡單控制系統(tǒng)）。將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。將原被控變量作為主被控變量構(gòu)成主回路。主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號(hào)作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定主控制系統(tǒng)控制器的輸出信號(hào)作為副控制系統(tǒng)控制器的設(shè)定值值，副控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為主被控對(duì)象的輸入信號(hào)，副控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)作為主被控對(duì)象的輸入信號(hào)。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 (2) 串級(jí)控制系統(tǒng)術(shù)語串級(jí)控制系統(tǒng)術(shù)語主

8、變量：主變量：生產(chǎn)過程所需要控制的工藝參數(shù)，在串級(jí)生產(chǎn)過程所需要控制的工藝參數(shù)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。副變量：副變量：串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要引入的輔助變量。需要引入的輔助變量。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 副對(duì)象：副變量副對(duì)象：副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。主對(duì)象：主變量主對(duì)象：主變量表

9、征其特性的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程。表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 副干擾 主干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 副控制器：副控制器：其給定值來自主控制器的輸出，并按副變其給定值來自主控制器的輸出，并按副變量的測(cè)量值與給定值的偏差而工作的控制器（又名量的測(cè)量值與給定值的偏差而工作的控制器（又名隨隨動(dòng)控制器動(dòng)控制器）。）。 為什么把副控制器又稱為隨動(dòng)控制器呢？為什么把副控制器又稱為隨動(dòng)控制器呢？主控制器：主控制器：按主變量的按主變量的

10、測(cè)量值測(cè)量值與與給定值給定值偏差偏差而工作，而工作，其輸出作為副變量給定值的控制器（其輸出作為副變量給定值的控制器（主導(dǎo)控制器主導(dǎo)控制器）。）。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 副干擾 主干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 主回路：主回路：由主變量的測(cè)量變送裝置，主、副控制器，由主變量的測(cè)量變送裝置，主、副控制器，執(zhí)行器和主、副對(duì)象構(gòu)成的外回路。也稱為外環(huán)或執(zhí)行器和主、副對(duì)象構(gòu)成的外回路。也稱為外環(huán)或主環(huán)。主環(huán)。副回路：副回路：由負(fù)變量的測(cè)量變送裝置、副控制器

11、、執(zhí)由負(fù)變量的測(cè)量變送裝置、副控制器、執(zhí)行器和副對(duì)象所構(gòu)成的內(nèi)回路。也稱為內(nèi)環(huán)或副環(huán)。行器和副對(duì)象所構(gòu)成的內(nèi)回路。也稱為內(nèi)環(huán)或副環(huán)。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 主測(cè)量值、副測(cè)量值：主測(cè)量值、副測(cè)量值：相應(yīng)被控變量的測(cè)量值。相應(yīng)被控變量的測(cè)量值。主設(shè)定值、副設(shè)定值：主設(shè)定值、副設(shè)定值：主設(shè)定值是主被控變量的期主設(shè)定值是主被控變量的期望值，由主控制器內(nèi)部設(shè)定。副設(shè)定值由主控制器望值，由主控制器內(nèi)部設(shè)定。副設(shè)定值由主控

12、制器的輸出信號(hào)提供。的輸出信號(hào)提供。 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 干擾 干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 8.1.2 控制過程控制過程只考慮上圖中的只考慮上圖中的f1、f2 if P S進(jìn)入爐膛燃料油T一方面：一方面：另一方面：另一方面：SSTT通過副回路負(fù)反饋SMSTTT通過主回路負(fù)反饋小結(jié)小結(jié)：由于副環(huán)的作用使控制作用變得更快、更強(qiáng)。由于副環(huán)的作用使控制作用變得更快、更強(qiáng)。 (1)擾動(dòng)作用于副對(duì)象擾動(dòng)作用于副對(duì)象： u rS eM yM rM TMC

13、 TSC 控制閥 溫度對(duì)象 1 溫度對(duì)象 2 TS測(cè)量變送 TM測(cè)量變送 出 口 溫度 TM 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 爐 膛 溫度 TS - yS eS - q (2)擾動(dòng)作用于主對(duì)象擾動(dòng)作用于主對(duì)象：只考慮下圖中的只考慮下圖中的f3 3SMMfTTT不變通過整個(gè)系統(tǒng)負(fù)反饋 u rS eM yM rM TMC TSC 控制閥 溫度對(duì)象 1 溫度對(duì)象 2 TS測(cè)量變送 TM測(cè)量變送 出 口 溫度 TM 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 爐 膛 溫度 TS - yS eS - q 小結(jié)小結(jié)：擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)，串級(jí)控制也能有效擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)，串級(jí)控制也能有效地克服擾動(dòng)。地克服擾動(dòng)

14、。 結(jié)論結(jié)論：串級(jí)控制系統(tǒng)，副環(huán)的增加使得整個(gè)系統(tǒng)克服擾動(dòng)串級(jí)控制系統(tǒng)，副環(huán)的增加使得整個(gè)系統(tǒng)克服擾動(dòng)的能力的能力更強(qiáng)更強(qiáng)、作用、作用更及時(shí)更及時(shí)，控制性能明顯提高。，控制性能明顯提高。 8.1.3 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)(1)(1)分級(jí)控制思想分級(jí)控制思想(2)(2)串級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)串級(jí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將一個(gè)控制通道較長的對(duì)象分解為兩個(gè)對(duì)象。將一個(gè)控制通道較長的對(duì)象分解為兩個(gè)對(duì)象。兩個(gè)對(duì)象、兩個(gè)控制器、兩個(gè)測(cè)量變送器、一兩個(gè)對(duì)象、兩個(gè)控制器、兩個(gè)測(cè)量變送器、一個(gè)執(zhí)行器個(gè)執(zhí)行器(3)(3)系統(tǒng)的工作方式系統(tǒng)的工作方式(4)(4)控制性能控制性能副環(huán)既是隨動(dòng)又是定值控制系統(tǒng)；主環(huán)是定值副環(huán)既是隨動(dòng)又是定值控制系統(tǒng)

15、；主環(huán)是定值控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)。由于副回路的引入，改善了對(duì)象特性，系統(tǒng)對(duì)由于副回路的引入，改善了對(duì)象特性，系統(tǒng)對(duì)于擾動(dòng)反映更及時(shí)，可有效地克服于擾動(dòng)反映更及時(shí)，可有效地克服滯后滯后，提高控制，提高控制性能。性能。8.1.4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主被控變量的選擇原則：主被控變量的選擇原則：與簡單控制系統(tǒng)相同與簡單控制系統(tǒng)相同(1)(1)主、副被控變量的選擇主、副被控變量的選擇盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控盡量選擇能直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的變量作為被控變量；變量；所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全高所選被控變量能滿足生產(chǎn)工藝穩(wěn)定安全高效的要求；效的要求；必須考慮自動(dòng)化儀表及裝置的現(xiàn)狀。必須考慮自動(dòng)

16、化儀表及裝置的現(xiàn)狀。副被控變量的選擇原則：副被控變量的選擇原則：必須保證它是操縱變量到主被控變量通道中的一個(gè)必須保證它是操縱變量到主被控變量通道中的一個(gè)適當(dāng)中間變量。適當(dāng)中間變量。串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵使主要擾動(dòng)作用于副對(duì)象上使主要擾動(dòng)作用于副對(duì)象上使副對(duì)象包含使副對(duì)象包含適當(dāng)多適當(dāng)多的擾動(dòng)的擾動(dòng)主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)不能太接近通常使通常使T Ts s明明顯顯 T TM M原因：原因：一方面：如果相差很小，失去設(shè)置副環(huán)的意義一方面：如果相差很小，失去設(shè)置副環(huán)的意義 另一方面：如果基本相等，系統(tǒng)可能出現(xiàn)另一方面：如果基本相等，系統(tǒng)可能出現(xiàn)“共共振

17、振”，降低控制質(zhì)量甚至?xí)霈F(xiàn)不穩(wěn)定，降低控制質(zhì)量甚至?xí)霈F(xiàn)不穩(wěn)定(2)(2)控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律的選擇主控制器控制規(guī)律：主控制器控制規(guī)律：原則：與簡單控制類似原則：與簡單控制類似從工藝上來說，采用串級(jí)控制系統(tǒng)的主被控變量是從工藝上來說，采用串級(jí)控制系統(tǒng)的主被控變量是主要參數(shù)，不允許有余差。主要參數(shù)，不允許有余差。PI/PID(PI/PID(滯后較大時(shí)滯后較大時(shí)) )副控制器控制規(guī)律：副控制器控制規(guī)律：依據(jù)：依據(jù)：副環(huán)是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，副被控變量的控制可副環(huán)是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，副被控變量的控制可以有余差。為了使副環(huán)盡可能的發(fā)揮其作用。以有余差。為了使副環(huán)盡可能的發(fā)揮其作用。所以：所以：一般選擇一般選

18、擇P P控制，而且比例度選的較小。控制，而且比例度選的較小。(3)(3)控制器作用方向的選擇控制器作用方向的選擇依據(jù)：使系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)依據(jù)：使系統(tǒng)為負(fù)反饋系統(tǒng)副控制器方向的選擇與簡單系統(tǒng)類似。副控制器方向的選擇與簡單系統(tǒng)類似。如何選擇？如何選擇？副控制器正、反作用的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣副控制器正、反作用的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式來確定。關(guān)形式來確定。主控制器正、反作用的選擇根據(jù)副被控變量對(duì)主被主控制器正、反作用的選擇根據(jù)副被控變量對(duì)主被控變量的影響關(guān)系來確定。控變量的影響關(guān)系來確定。例題：下圖所示的加熱爐溫度例題：下圖所示的加熱爐溫度- -壓力串級(jí)控制系壓力串級(jí)控制系統(tǒng)，試畫出該系

19、統(tǒng)的方塊圖，并分別確定主、統(tǒng)，試畫出該系統(tǒng)的方塊圖，并分別確定主、副控制器的正、反作用。副控制器的正、反作用。圖圖8-6 加熱爐溫度加熱爐溫度-壓力串級(jí)控制系統(tǒng)壓力串級(jí)控制系統(tǒng) T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 圖圖8-7 加熱爐溫度加熱爐溫度- -壓力壓力串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖 u rS eM yM rM TC PC =TM 控制閥 壓力對(duì)象 溫度對(duì)象 P 測(cè)量變送 TM測(cè)量變送 出 口 溫度 T 干擾 f1 干擾 f2 干擾 f3 管 道 壓力 P - yS eS - q 解答：解答：(1)(1)閥的氣開、氣關(guān)特性

20、閥的氣開、氣關(guān)特性（應(yīng)如何選擇？）（應(yīng)如何選擇？） T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 依據(jù)安全原則，當(dāng)供氣中斷時(shí)，應(yīng)使控制閥處于全依據(jù)安全原則，當(dāng)供氣中斷時(shí)，應(yīng)使控制閥處于全關(guān)閉狀態(tài)，不致燒壞加熱爐，所以應(yīng)選氣開閥關(guān)閉狀態(tài)，不致燒壞加熱爐，所以應(yīng)選氣開閥PePusy燃料量閥開度副控副控制器制器(2)(2)控制器的正、反作用控制器的正、反作用（如何確定？）（如何確定？） T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 所以：副控制器應(yīng)選所以：副控制器應(yīng)選反作用反作用。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核裕褐?/p>

21、控制器應(yīng)選所以：主控制器應(yīng)選反作用反作用。若兩者一致，則選正作用。若兩者一致，則選正作用。PTT 要求才能使因?yàn)椋阂驗(yàn)椋褐骺刂骺刂破髦破?T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 結(jié)論：結(jié)論：副調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇要依據(jù)閥門的副調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇要依據(jù)閥門的氣開、氣關(guān)特性；主調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇與氣開、氣關(guān)特性；主調(diào)節(jié)器正、反作用的選擇與閥門的氣開、氣關(guān)形式無關(guān)。閥門的氣開、氣關(guān)形式無關(guān)。DDZ-DDZ-儀表投運(yùn)步驟：儀表投運(yùn)步驟：將主控制器設(shè)定為將主控制器設(shè)定為內(nèi)設(shè)定方式內(nèi)設(shè)定方式，副控制器設(shè)定為，副控制器設(shè)定為外設(shè)定方式外設(shè)定方

22、式；為什么？為什么？在副控制器處于軟手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行遙控操作，使在副控制器處于軟手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行遙控操作，使主被控變量在主設(shè)定值附近穩(wěn)定下來；主被控變量在主設(shè)定值附近穩(wěn)定下來；將副控制器切入自動(dòng)；將副控制器切入自動(dòng)；最后將主控制器切入自動(dòng)。最后將主控制器切入自動(dòng)。先手動(dòng)后自動(dòng)，先內(nèi)后外先手動(dòng)后自動(dòng)，先內(nèi)后外(4)(4)系統(tǒng)投運(yùn)系統(tǒng)投運(yùn)串級(jí)系統(tǒng)的投運(yùn)與所選儀表有關(guān)。串級(jí)系統(tǒng)的投運(yùn)與所選儀表有關(guān)。(5)(5)主、副控制器參數(shù)的工程整定主、副控制器參數(shù)的工程整定兩步整定法：兩步整定法：先整定副控制器，后整定主控制器。先整定副控制器，后整定主控制器。步驟如下：步驟如下：在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作

23、用的條件下，將在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用的條件下，將主控制器的比例度先固定在主控制器的比例度先固定在100%100%，然后逐漸減小副控制器的，然后逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（滿足某種衰減比（4:14:1或或10:110:1）過渡）過渡過程下的副控制器的比例度過程下的副控制器的比例度ssss和振蕩周期和振蕩周期T Tssss。在副控制器的比例度為在副控制器的比例度為ssss的條件下，逐步減小主控制器的條件下，逐步減小主控制器的比例度，在的比例度，在同樣衰減比下，得到主控制器的同樣衰減比下，得到主控制器的MMMM和和T TMMMM 。根據(jù)得

24、到的根據(jù)得到的ssss、T Tssss 、MMMM和和T TMMMM ，查找主、副控制器的，查找主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。按按“先副后主先副后主”、“先比例次積分后微分先比例次積分后微分”的整定方法，的整定方法，將得到的控制器參數(shù)加到控制器上。將得到的控制器參數(shù)加到控制器上。觀察控制過程，再作適當(dāng)調(diào)整。觀察控制過程，再作適當(dāng)調(diào)整。一步整定法：一步整定法：只整定主控制器，副控制器的參數(shù)按經(jīng)只整定主控制器，副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定。驗(yàn)值設(shè)定。依據(jù)：依據(jù)：在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主變量是工藝的主要操作在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主變量是工藝的主要操作指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品

25、的質(zhì)量，對(duì)它要求比較嚴(yán)格。指標(biāo)，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，對(duì)它要求比較嚴(yán)格。副變量的設(shè)置主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，對(duì)副變量的設(shè)置主要是為了提高主變量的控制質(zhì)量，對(duì)副變量本身沒有很高的要求，允許它在一定范圍內(nèi)變副變量本身沒有很高的要求，允許它在一定范圍內(nèi)變化。化。步驟如下：步驟如下：在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行條件下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行條件下，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將副控制器的比例度調(diào)到某一適當(dāng)值。將副控制器的比例度調(diào)到某一適當(dāng)值。利用簡單控制系統(tǒng)的任一參數(shù)整定方法整定主控制利用簡單控制系統(tǒng)的任一參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。器的參數(shù)。如果出現(xiàn)如果出現(xiàn)“共振共振”現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整主控制器和

26、副控現(xiàn)象，適當(dāng)調(diào)整主控制器和副控制器的參數(shù)整定值。制器的參數(shù)整定值。副控制器的經(jīng)驗(yàn)值：副控制器的經(jīng)驗(yàn)值：表表8-1 8-1 一步整定法副控制器比例度的經(jīng)驗(yàn)值一步整定法副控制器比例度的經(jīng)驗(yàn)值 副變量類型 副控制器比例度SS(%) 副控制器比例放大倍數(shù) KPS 溫度 流量 壓力 液位 5.01.25 2080 4080 3070 2060 2.51.25 3.01.4 5.01.7 串級(jí)控制系統(tǒng)適用場(chǎng)合：串級(jí)控制系統(tǒng)適用場(chǎng)合：采用簡單控制質(zhì)量較差，或要求被控變量的誤差采用簡單控制質(zhì)量較差，或要求被控變量的誤差范圍很小，簡單控制系統(tǒng)不能滿足工藝要求。范圍很小，簡單控制系統(tǒng)不能滿足工藝要求。當(dāng)對(duì)象的滯

27、后較大，干擾比較劇烈、頻繁，當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁，復(fù)雜控制系統(tǒng)中用的最多的一種。復(fù)雜控制系統(tǒng)中用的最多的一種。例題：如圖所示為一鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的示意例題：如圖所示為一鍋爐汽包液位控制系統(tǒng)的示意圖，要求鍋爐不能燒干。圖，要求鍋爐不能燒干。（1 1）確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式，確定控制器）確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式，確定控制器的正、反作用，并簡述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽的正、反作用，并簡述當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的？蒸發(fā)量增加時(shí)，該控制系統(tǒng)是如何克服干擾的？ LTLTLCLC加加熱熱室室汽汽包包蒸汽蒸汽 冷水冷水（2 2）如果冷水閥前后壓

28、力波）如果冷水閥前后壓力波動(dòng)較大，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)以汽包液動(dòng)較大，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)以汽包液位為主變量、冷水壓力為副變位為主變量、冷水壓力為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)。要求畫出量的串級(jí)控制系統(tǒng)。要求畫出帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，確定帶控制點(diǎn)的工藝流程圖，確定主、副控制器的正、反作用，主、副控制器的正、反作用，簡要說明該系統(tǒng)是如何克服擾簡要說明該系統(tǒng)是如何克服擾動(dòng)影響的。動(dòng)影響的。 解：（解：（1 1）因?yàn)椋簭陌踩慕嵌瓤紤]，鍋爐汽包）因?yàn)椋簭陌踩慕嵌瓤紤]，鍋爐汽包內(nèi)的液位不能過低。因此，當(dāng)供氣中斷時(shí)，冷水內(nèi)的液位不能過低。因此，當(dāng)供氣中斷時(shí)，冷水閥應(yīng)該全開。閥應(yīng)該全開。所以：控制閥應(yīng)該選擇氣關(guān)閥。所以：控制閥應(yīng)該選

29、擇氣關(guān)閥。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋核裕嚎刂破鲬?yīng)選正作用。所以：控制器應(yīng)選正作用。當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，液位當(dāng)加熱室溫度升高導(dǎo)致蒸汽蒸發(fā)量增加時(shí)，液位L L降低，檢測(cè)變送環(huán)節(jié)降低，檢測(cè)變送環(huán)節(jié)LTLT把信息送給控制器把信息送給控制器LCLC，LCLC根據(jù)偏差及控制規(guī)律開大冷水閥，使液位根據(jù)偏差及控制規(guī)律開大冷水閥，使液位L L回回升到設(shè)定值。升到設(shè)定值。LyeLu閥開度（2 2）以汽包液位為主變量、冷水流量為副變量）以汽包液位為主變量、冷水流量為副變量的串級(jí)控制系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖為：的串級(jí)控制系統(tǒng)帶控制點(diǎn)的工藝流程圖為： 副控制器：副控制器： 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?所以：副控制器選正作用。所

30、以：副控制器選正作用。主控制器：主控制器： 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?所以：主控制器選反作用。所以：主控制器選反作用。PyePu閥開度LPL要求才能使LTLTLCLC加加熱熱室室汽汽包包蒸汽蒸汽 冷水冷水PTPTPCPC8.2 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)圖圖8-8 8-8 前后精餾塔的物料平衡關(guān)系前后精餾塔的物料平衡關(guān)系（矛盾）（矛盾） LT LC FT FC 甲塔 乙塔 8.2.1 均勻控制的原理均勻控制的原理圖圖8-8 8-8 為連續(xù)精餾的為連續(xù)精餾的多塔分離過程。多塔分離過程。甲塔甲塔：塔釜液位是一：塔釜液位是一個(gè)重要工藝參數(shù)。個(gè)重要工藝參數(shù)。乙塔乙塔：希望進(jìn)料量穩(wěn)：希望進(jìn)料量穩(wěn)定，即流量是其要控定，

31、即流量是其要控制的工藝參數(shù)制的工藝參數(shù)矛盾的解決辦法：矛盾的解決辦法：中間增加儲(chǔ)罐（增加流程復(fù)雜性，中間增加儲(chǔ)罐（增加流程復(fù)雜性，投資增加）。投資增加）。怎么辦？怎么辦？圖圖8-8 8-8 前后精餾塔的物料平衡關(guān)系前后精餾塔的物料平衡關(guān)系（矛盾）（矛盾） LT LC FT FC 甲塔 乙塔 為了求共存：為了求共存：均勻控制的目的：均勻控制的目的： 從控制方案出發(fā)，解決前后工序供求矛盾，達(dá)到從控制方案出發(fā)，解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)工作（如使液位和流量均勻變化）。前后兼顧協(xié)調(diào)工作（如使液位和流量均勻變化）。矛盾雙方都矛盾雙方都降低要求降低要求采用均勻控制的前提采用均勻控制的前提條件：

32、條件： 系統(tǒng)需要控制的兩系統(tǒng)需要控制的兩個(gè)或多個(gè)變量的要求個(gè)或多個(gè)變量的要求不是很高，可以在一不是很高，可以在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。定范圍內(nèi)波動(dòng)。圖圖8-9 8-9 控制目標(biāo)的調(diào)整控制目標(biāo)的調(diào)整 (a) 流量 液位 液位 流量 (b) t t 液位 流量 (c) LT LC FT FC 甲塔 乙塔 均勻控制的特點(diǎn)：均勻控制的特點(diǎn)：表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)表征前后供求矛盾的兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。該是緩慢變化的。前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個(gè)變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。均勻控制的實(shí)現(xiàn)方法：均勻控制的實(shí)現(xiàn)方法

33、： 通過控制器的通過控制器的參數(shù)整定參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)。來實(shí)現(xiàn)。8.2.2 均勻控制方案均勻控制方案(1)(1)簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng) LT LC 甲塔 乙塔 圖圖8-10 8-10 簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)左圖可以實(shí)現(xiàn)基本滿左圖可以實(shí)現(xiàn)基本滿足甲塔液位和乙塔進(jìn)足甲塔液位和乙塔進(jìn)料流量的控制要求。料流量的控制要求。結(jié)構(gòu)與簡單液位控制結(jié)構(gòu)與簡單液位控制系統(tǒng)一樣。系統(tǒng)一樣。參數(shù)整定：參數(shù)整定：要按照要按照均勻控制思想均勻控制思想進(jìn)行。一般采用進(jìn)行。一般采用P P控控制，且制，且先放在較大，然后同時(shí)觀察兩個(gè)被控變量的先放在較大，然后同時(shí)觀察兩個(gè)被控變量的過渡過程，達(dá)到均勻的目的。有時(shí)為

34、了防止液位超限，過渡過程，達(dá)到均勻的目的。有時(shí)為了防止液位超限，也引入較弱的積分作用。微分作用與均勻矛盾，不能也引入較弱的積分作用。微分作用與均勻矛盾，不能采用。采用。與簡單控制系與簡單控制系統(tǒng)相比，有何統(tǒng)相比，有何特點(diǎn)？特點(diǎn)？(2)(2)串級(jí)均勻控制系統(tǒng)串級(jí)均勻控制系統(tǒng) LT LC FT FC 甲塔 乙塔 圖圖8-11 8-11 串級(jí)均勻控制系統(tǒng)串級(jí)均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)對(duì)簡單均勻控制系統(tǒng)對(duì)壓力擾動(dòng)反映不及時(shí)。壓力擾動(dòng)反映不及時(shí)。另外，當(dāng)系統(tǒng)的自衡另外，當(dāng)系統(tǒng)的自衡能力較強(qiáng)時(shí)，控制效能力較強(qiáng)時(shí)，控制效果也較差。為此引入果也較差。為此引入串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。串級(jí)均勻控制器

35、主、副控制器均采用串級(jí)均勻控制器主、副控制器均采用P P控制，只控制，只是在要求較高時(shí)，為了防止偏差超過范圍，才是在要求較高時(shí)，為了防止偏差超過范圍，才引入適當(dāng)?shù)囊脒m當(dāng)?shù)腎 I作用。作用。與串級(jí)控制系與串級(jí)控制系統(tǒng)相比，有何統(tǒng)相比，有何特點(diǎn)？特點(diǎn)？參數(shù)整定：參數(shù)整定：在串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)整在串級(jí)均勻控制系統(tǒng)中，參數(shù)整定的目的不是使變量盡快地回到給定值，而定的目的不是使變量盡快地回到給定值，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢變化。是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢變化。整整定方法也與一般的串級(jí)控制系統(tǒng)不同。定方法也與一般的串級(jí)控制系統(tǒng)不同。不是不是要求主、副變量的過渡過程成某個(gè)衰減比變要求主、

36、副變量的過渡過程成某個(gè)衰減比變化，而是要求主、副變量化，而是要求主、副變量“均勻均勻”的得到控的得到控制。制。均勻控制器參數(shù)值一般較大。均勻控制器參數(shù)值一般較大。適用場(chǎng)合：適用場(chǎng)合：串級(jí)均勻控制系統(tǒng)適用于調(diào)節(jié)閥前后串級(jí)均勻控制系統(tǒng)適用于調(diào)節(jié)閥前后壓力擾動(dòng)較大，過程自衡作用較顯著以及對(duì)流量壓力擾動(dòng)較大，過程自衡作用較顯著以及對(duì)流量要求比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，其控制質(zhì)量較高。要求比較平穩(wěn)的場(chǎng)合，其控制質(zhì)量較高。8.3 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)8.3.1 比值控制基本概念比值控制基本概念目的：目的：在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，常常需要將兩種或兩在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，常常需要將兩種或兩種以上的物料按一定的比例關(guān)系進(jìn)行混

37、合。比值控種以上的物料按一定的比例關(guān)系進(jìn)行混合。比值控制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使制的目的是為了實(shí)現(xiàn)幾種物料按一定比例混合，使生產(chǎn)安全、正常地進(jìn)行。生產(chǎn)安全、正常地進(jìn)行。定義：定義：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。的控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。主動(dòng)量（主流量）主動(dòng)量（主流量）：在需要保持比值關(guān)系的兩種物料在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，稱此物料為主動(dòng)量中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，稱此物料為主動(dòng)量( (F FM M) )。從動(dòng)量（從流量）：從動(dòng)量（從流量）：另一種物料按主物料進(jìn)行

38、配比，另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為從動(dòng)量在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為從動(dòng)量( (F FS S) )。從動(dòng)量與主動(dòng)量要滿足關(guān)系式從動(dòng)量與主動(dòng)量要滿足關(guān)系式：/SMkFF其中，其中，k為從動(dòng)量與主動(dòng)量的比值。為從動(dòng)量與主動(dòng)量的比值。類型：類型：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)8.3.2 比值控制系統(tǒng)類型比值控制系統(tǒng)類型(1)(1)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) FMT FSC FST K 主動(dòng)量 從動(dòng)量 爐 膛 左圖左圖(a)為一燃燒過程。為一燃燒過程。主動(dòng)量：燃料主動(dòng)量：燃料從動(dòng)

39、量：空氣從動(dòng)量：空氣圖圖(b)為其方塊圖。為其方塊圖。(a) 燃燒過程比值控制系統(tǒng)燃燒過程比值控制系統(tǒng)(b)加熱爐溫度加熱爐溫度-壓力串級(jí)控壓力串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖制系統(tǒng)方塊圖8-12 單閉單閉環(huán)比環(huán)比值控值控制系制系統(tǒng)統(tǒng) T 被加熱原料被加熱原料 TC TT 燃料油燃料油 出口溫度出口溫度 PT PC 氣開閥氣開閥 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別制系統(tǒng)的區(qū)別 主流量 副流量 主測(cè)量變送 副測(cè)量變送 控制器 控制閥 對(duì)象 FM KFM FS K - (a)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 副被控 變量 副設(shè) 定值 操縱 變量 主測(cè)量值 主控 制器

40、 副控 制器 主設(shè) 定值 執(zhí)行器 副對(duì)象 主對(duì)象 副測(cè)量、變送 主測(cè)量、變送 主被控 變量 副干擾 主干擾 - 副測(cè)量值 - 副回路（副控制系統(tǒng)） 主回路 （b）串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖）串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖結(jié)構(gòu)上：沒有主對(duì)象、主控制器；結(jié)構(gòu)上：沒有主對(duì)象、主控制器；串級(jí)中，副變量是操縱變量到主被控變量之間串級(jí)中，副變量是操縱變量到主被控變量之間的一個(gè)中間變量，會(huì)影響主被控變量，在比值的一個(gè)中間變量，會(huì)影響主被控變量，在比值中，從動(dòng)量不會(huì)影響主動(dòng)量。中，從動(dòng)量不會(huì)影響主動(dòng)量。本質(zhì)區(qū)別本質(zhì)區(qū)別單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別：單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別： 從動(dòng)量控制系統(tǒng)既是一個(gè)從動(dòng)量控

41、制系統(tǒng)既是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)又是一又是一個(gè)個(gè)定值控制系統(tǒng)。定值控制系統(tǒng)。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能克服單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能克服從動(dòng)量的波動(dòng)，從動(dòng)量的波動(dòng)，使使其隨主動(dòng)量的變化而變化，使它們保持比值關(guān)系。其隨主動(dòng)量的變化而變化，使它們保持比值關(guān)系。結(jié)論：結(jié)論：在單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一在單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加一個(gè)主動(dòng)量控制系統(tǒng)，就構(gòu)成雙閉環(huán)控個(gè)主動(dòng)量控制系統(tǒng)，就構(gòu)成雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。框圖如下：制系統(tǒng)?？驁D如下：(2)(2)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 主流量 設(shè)定值 主流量 副流量 主測(cè)量變送 副測(cè)量變送 副控制器 副控制閥 副流量對(duì)象 FM KFM FS K - 主流量

42、對(duì)象 主控制閥 主控制器 - 副流量 設(shè)定值 8-13 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖8-13 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)際上是由一個(gè)實(shí)際上是由一個(gè)定值控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)和和一個(gè)一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)隨動(dòng)控制系統(tǒng)組成，它不僅能保持兩個(gè)流量之間組成，它不僅能保持兩個(gè)流量之間的比值，而且能保證總流量不變。的比值，而且能保證總流量不變。適用場(chǎng)合：適用場(chǎng)合：主要應(yīng)用于主要應(yīng)用于總流量總流量需要調(diào)整的場(chǎng)合。需要調(diào)整的場(chǎng)合。 主流量 設(shè)定值 主流量 副流量 主測(cè)量變送 副測(cè)量變送 副控制器 副控制閥 副流量對(duì)象 FM KFM FS K -

43、 主流量對(duì)象 主控制閥 主控制器 - 副流量 設(shè)定值 (3)(3)變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng) 在有些生產(chǎn)過程中，需要兩種物料的比值按在有些生產(chǎn)過程中，需要兩種物料的比值按具體的工礦而改變，此時(shí)就需用變比值控制系統(tǒng)。具體的工礦而改變，此時(shí)就需用變比值控制系統(tǒng)。 TC FC TT 水蒸氣 半水煤氣 觸煤層 變換爐 FMT FST 8-14 變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)右圖是合成氨生產(chǎn)過程右圖是合成氨生產(chǎn)過程中煤造氣工段的變比值中煤造氣工段的變比值控制系統(tǒng)示意圖?？刂葡到y(tǒng)示意圖。從結(jié)構(gòu)上看，實(shí)際上是水蒸氣、半水煤氣的比值串從結(jié)構(gòu)上看，實(shí)際上是水蒸氣、半水煤氣的比值串級(jí)控制系統(tǒng)。級(jí)控制系統(tǒng)。目的是使

44、變換爐觸煤層的溫度目的是使變換爐觸煤層的溫度恒定在工藝要求的設(shè)定值上。恒定在工藝要求的設(shè)定值上。在生產(chǎn)過程中，半水煤在生產(chǎn)過程中，半水煤氣與水蒸氣的量需保持氣與水蒸氣的量需保持一定的比值，但其比值一定的比值，但其比值系數(shù)要能隨一段觸煤層系數(shù)要能隨一段觸煤層的溫度變化而變化，才的溫度變化而變化，才能在較大負(fù)荷變化下保能在較大負(fù)荷變化下保持良好的控制質(zhì)量。持良好的控制質(zhì)量。 FM 測(cè)量變送 比值控制器 執(zhí)行器 副流量對(duì)象 - 主對(duì)象 (變換爐) 測(cè)量變送 除法器 主控制器 - 主、測(cè)量變送 FS 該控制系統(tǒng)控制精度高，雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但該控制系統(tǒng)控制精度高，雖然系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但應(yīng)用范圍還較廣

45、。應(yīng)用范圍還較廣。8-15變比值控制系統(tǒng)方塊圖變比值控制系統(tǒng)方塊圖8.3.3 比值系數(shù)的計(jì)算比值系數(shù)的計(jì)算比值系數(shù)比值系數(shù)K是設(shè)置于比值函數(shù)模塊或比值控制器是設(shè)置于比值函數(shù)模塊或比值控制器(RC)的參數(shù)。的參數(shù)。流量比流量比k是流量是流量FS(F2) / FM(F1)的比值。的比值。在相乘方案中，當(dāng)采用電動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量在相乘方案中，當(dāng)采用電動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量q與變送器輸出電流與變送器輸出電流I的對(duì)應(yīng)關(guān)系是的對(duì)應(yīng)關(guān)系是maxminminmax()qIIIIq其中其中,qmax是變送器量程是變送器量程。(1)(1)流量與其測(cè)量信號(hào)呈線性關(guān)系流量與其測(cè)量信號(hào)呈線性關(guān)系（用差壓變送器時(shí)帶有

46、開方器）（用差壓變送器時(shí)帶有開方器）從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào)測(cè)量信號(hào)22maxminmin2max()qIIIIq設(shè)定設(shè)定信號(hào)信號(hào)111minminmaxminmin1max()()qIK IIIKIIIq控制控制結(jié)果結(jié)果2max21211max,qqIIKqq即因此1max1max212max2maxqqqKkqqq當(dāng)采用當(dāng)采用氣動(dòng)單元組合儀表氣動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量時(shí)，流量q與變送器輸出氣壓與變送器輸出氣壓p的對(duì)應(yīng)關(guān)系為的對(duì)應(yīng)關(guān)系為maxminminmax()qppppq即即max8020qpq其中，其中，qmax為變送器量程。為變送器量程。從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器從動(dòng)量流量調(diào)

47、節(jié)器的測(cè)量信號(hào)的測(cè)量信號(hào)設(shè)定信號(hào)設(shè)定信號(hào)控制結(jié)果控制結(jié)果因此因此222max8020qpq1111max(20)208020pK pqKq2max21211max,qqppKqq即1max1max212max2maxqqqKkqqq1max1max212max2maxqqqKkqqq1max1max212max2maxFFFKkFFF我們得到我們得到的結(jié)果的結(jié)果書上結(jié)果書上結(jié)果結(jié)論：結(jié)論：比值系數(shù)與變送器的量程、要求的從動(dòng)量比值系數(shù)與變送器的量程、要求的從動(dòng)量與主動(dòng)量的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系有關(guān)，與變送氣的電器零與主動(dòng)量的對(duì)應(yīng)比例關(guān)系有關(guān)，與變送氣的電器零點(diǎn)無關(guān)。點(diǎn)無關(guān)。(2)(2)流量與其測(cè)量信號(hào)呈平

48、方關(guān)系流量與其測(cè)量信號(hào)呈平方關(guān)系（用差壓變送器時(shí)不帶開方器）（用差壓變送器時(shí)不帶開方器）maxminminmax2maxminminmax()()pIIIIpqIIIq其中其中,qmax是變送器量程是變送器量程。在相乘方案中，當(dāng)采用電動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量在相乘方案中，當(dāng)采用電動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量q與變送器輸出電流與變送器輸出電流I的對(duì)應(yīng)關(guān)系是的對(duì)應(yīng)關(guān)系是設(shè)定信號(hào)設(shè)定信號(hào)11minmin21maxminmin1max()()IK IIIqKIIIq控制結(jié)果控制結(jié)果因此因此222max21211max,qqIIKqq即22221max1max212max2maxqqqKkqqq 從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)

49、器的測(cè)量信號(hào)從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào)222maxminmin2max()qIIIIq當(dāng)采用當(dāng)采用氣動(dòng)單元組合儀表氣動(dòng)單元組合儀表時(shí)，流量時(shí)，流量q與變送器輸出氣壓與變送器輸出氣壓p的對(duì)應(yīng)關(guān)系為的對(duì)應(yīng)關(guān)系為maxminminmax()pppppp即即max2max80208020pppqq從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)從動(dòng)量流量調(diào)節(jié)器的測(cè)量信號(hào)器的測(cè)量信號(hào)設(shè)定信號(hào)設(shè)定信號(hào)控制結(jié)果控制結(jié)果因此因此2222max8020qpq11211max(20)208020pK pqKq222max21211max,qqppKqq即22221max1max212max2maxqqqKkqqq 我們得到我們得到的結(jié)果的結(jié)果書上

50、結(jié)果書上結(jié)果22221max1max212max2maxFFFKkFFF 22221max1max212max2maxqqqKkqqq (1)用或不用開放器都可以進(jìn)行比值控制，只是前者的用或不用開放器都可以進(jìn)行比值控制，只是前者的K與與k成正比，后者的成正比，后者的K與與k2 成正比，當(dāng)量程不變，儀成正比，當(dāng)量程不變，儀表表K值的調(diào)節(jié)范圍一定時(shí)，不帶開放器時(shí)的值的調(diào)節(jié)范圍一定時(shí)，不帶開放器時(shí)的k的可調(diào)范的可調(diào)范圍縮小了。例如，圍縮小了。例如，K的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為0.254,則不帶開放則不帶開放器時(shí)器時(shí)R的可調(diào)范圍不是的可調(diào)范圍不是0.254，只有只有0.52。(2)使使K=k的條件：帶開

51、放器的是的條件：帶開放器的是q1max=q2max，不帶開方不帶開方器的是器的是kq21max=q22max 。(3)在同樣的比值在同樣的比值k下，通過調(diào)整下，通過調(diào)整q1max、q2max 也可改變比也可改變比值系數(shù)值系數(shù)K。結(jié)論：結(jié)論：1max1max212max2maxqqqKkqqq22221max1max212max2maxqqqKkqqq 8.4 分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)8.4.1 分程控制基本概念分程控制基本概念 c(t) R(t) 執(zhí)行器 對(duì)象 測(cè)量變送 控制器 - c(t) R(t) 執(zhí)行器 1 對(duì)象 測(cè)量變送 控制器 - 執(zhí)行器 2 8-16 簡單控制系統(tǒng)方塊圖及其特性簡單

52、控制系統(tǒng)方塊圖及其特性8-17 分程控制系統(tǒng)方塊圖及其特性分程控制系統(tǒng)方塊圖及其特性 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 0.06 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 分程控制特性類型分程控制特性類型：兩個(gè)閥門時(shí)，有以下兩個(gè)閥門時(shí)，有以下4 4種情況種情況 0.06 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (a) 0.06 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (b) 0.06 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%)

53、P/MPa 0 1 2 c) 0.06 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (d) 8-18 分程控制特性類型分程控制特性類型分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分程控制系統(tǒng)的特點(diǎn)：分程的實(shí)現(xiàn)：分程的實(shí)現(xiàn)：是通過是通過閥門定位器閥門定位器或電氣閥門定位器來實(shí)現(xiàn)的，或電氣閥門定位器來實(shí)現(xiàn)的，將調(diào)將調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)分為幾段，每段控制一個(gè)閥門動(dòng)作。節(jié)器的輸出信號(hào)分為幾段，每段控制一個(gè)閥門動(dòng)作。簡單控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)只控制一個(gè)執(zhí)簡單控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)只控制一個(gè)執(zhí)行器行器分程控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)同時(shí)控制幾個(gè)分程控制系統(tǒng)：一個(gè)控制器的輸出信號(hào)同時(shí)

54、控制幾個(gè)工作范圍不同的調(diào)節(jié)器工作范圍不同的調(diào)節(jié)器8.4.2 分程控制的應(yīng)用分程控制的應(yīng)用(1)(1)提高控制閥的可調(diào)比提高控制閥的可調(diào)比在有些場(chǎng)合，調(diào)節(jié)手段只有一種，但要求操縱變?cè)谟行﹫?chǎng)合，調(diào)節(jié)手段只有一種，但要求操縱變量的流量需要極大的可調(diào)范圍（如量的流量需要極大的可調(diào)范圍（如100100：1 1），而），而國產(chǎn)閥的可調(diào)范圍只有國產(chǎn)閥的可調(diào)范圍只有3030。此時(shí)可將兩個(gè)大、小。此時(shí)可將兩個(gè)大、小閥并聯(lián)使用。閥并聯(lián)使用。例題：例題：設(shè)大、小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為設(shè)大、小兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為CAmax=100，CBmax=4，可調(diào)范圍可調(diào)范圍RA=RB=30，兩個(gè)閥兩個(gè)閥均為氣

55、開閥，試求兩個(gè)閥并聯(lián)后的可調(diào)范圍。均為氣開閥，試求兩個(gè)閥并聯(lián)后的可調(diào)范圍。解：解： 因?yàn)橐驗(yàn)閙axminCRC故，可得小閥的最小流通能力為故，可得小閥的最小流通能力為maxmin40.13330BBBCCR 當(dāng)大、小閥并聯(lián)組合在一起時(shí)，閥的最小流通能當(dāng)大、小閥并聯(lián)組合在一起時(shí)，閥的最小流通能力為力為0.133，最大流通能力為，最大流通能力為104，所以調(diào)節(jié)閥的可調(diào)，所以調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍為范圍為maxmaxmin1047820.133ABTBCCRC 分程后閥的可調(diào)范圍比用單個(gè)閥的可調(diào)范圍約增分程后閥的可調(diào)范圍比用單個(gè)閥的可調(diào)范圍約增大了大了26.1倍，大大擴(kuò)展了可調(diào)范圍。倍，大大擴(kuò)展了可調(diào)范圍

56、。 0.06 100 0.1 控制信號(hào) 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 1 2 (a) (2)(2)交替使用不同的控制方式交替使用不同的控制方式 B A N2 PT PC 左圖左圖8-178-17為儲(chǔ)罐氮封分程控為儲(chǔ)罐氮封分程控制方案及特性圖。制方案及特性圖。有些油品儲(chǔ)罐的頂部需要充有些油品儲(chǔ)罐的頂部需要充滿氮?dú)庖愿艚^油品與空氣中滿氮?dú)庖愿艚^油品與空氣中氧氣的氧化作用。氧氣的氧化作用。儲(chǔ)罐頂部充滿氮?dú)猓敳康獌?chǔ)罐頂部充滿氮?dú)?，頂部氮?dú)鈮毫σ话銥槲⒄龎?。生產(chǎn)氣壓力一般為微正壓。生產(chǎn)過程中，壓力過程中，壓力p p會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。8-19 儲(chǔ)罐氮封分程控制方案儲(chǔ)罐氮封分程控制方

57、案 B A N2 PT PC 0.058 0.062 100 0.1 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 A B Lp儲(chǔ)罐會(huì)被鼓壞Lp儲(chǔ)罐會(huì)被吸癟方法：采用分程控制方法：采用分程控制8-19 儲(chǔ)罐氮封分程控制儲(chǔ)罐氮封分程控制A: 氣關(guān)閥氣關(guān)閥B: 氣開閥氣開閥采用分程控制的結(jié)果：采用分程控制的結(jié)果：LpeuABL關(guān) 開LpeuABL開 關(guān)A: 氣關(guān)閥氣關(guān)閥B: 氣開閥氣開閥注：用反作用調(diào)節(jié)器注：用反作用調(diào)節(jié)器 0.058 0.062 100 0.1 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 A B B A N2 PT PC (3)(3)滿足生產(chǎn)過程不同階段的需要滿足生產(chǎn)過程不同階

58、段的需要 氣關(guān)閥 TT TC A B 冷卻水 蒸汽 氣開閥 0.06 100 0.1 0.02 閥門 開度 (%) P/MPa 0 A B 采用反作用控制器采用反作用控制器分程控制的結(jié)果：分程控制的結(jié)果：反應(yīng)開始前：反應(yīng)開始前：反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后：反應(yīng)進(jìn)行一段時(shí)間后：STyeuABT關(guān) 開STyeuABT開 關(guān)8-21 間歇反應(yīng)器溫間歇反應(yīng)器溫度分程控制系統(tǒng)度分程控制系統(tǒng)8.4.2 分程控制對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求分程控制對(duì)調(diào)節(jié)閥的要求(1)(1)根據(jù)根據(jù)工藝要求工藝要求選擇具有不同特性的分程類型選擇具有不同特性的分程類型(2)(2)泄漏量問題泄漏量問題 應(yīng)盡量使兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都無泄漏，特別是大、小閥并聯(lián)時(shí)

59、，應(yīng)盡量使兩個(gè)調(diào)節(jié)閥都無泄漏，特別是大、小閥并聯(lián)時(shí)，如果大閥泄漏量過大，小閥不能充分發(fā)揮作用，可調(diào)范圍得不如果大閥泄漏量過大，小閥不能充分發(fā)揮作用，可調(diào)范圍得不到增加到增加(3)(3)流量特性問題流量特性問題在兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的分程點(diǎn)上，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)突變，在兩個(gè)調(diào)節(jié)閥的分程點(diǎn)上，調(diào)節(jié)閥的放大系數(shù)可能會(huì)出現(xiàn)突變，表現(xiàn)在特性曲線上是折點(diǎn)，這在大、小閥并聯(lián)時(shí)尤其需要考慮表現(xiàn)在特性曲線上是折點(diǎn)，這在大、小閥并聯(lián)時(shí)尤其需要考慮兩閥為線性特性時(shí)情況嚴(yán)重；兩閥為對(duì)數(shù)特性是好一點(diǎn)。兩閥為線性特性時(shí)情況嚴(yán)重；兩閥為對(duì)數(shù)特性是好一點(diǎn)。解決辦法：選擇閥的特性時(shí)要注意解決辦法：選擇閥的特性時(shí)要注意 使分程信號(hào)

60、重疊搭接一小段區(qū)域使分程信號(hào)重疊搭接一小段區(qū)域8.6 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)8.6.1 前饋控制的概念前饋控制的概念反饋控制（閉環(huán)控制）：反饋控制（閉環(huán)控制）：控制器按照被控變量與設(shè)定值控制器按照被控變量與設(shè)定值的偏差來進(jìn)行控制。的偏差來進(jìn)行控制。存在的問題：存在的問題：當(dāng)被控變量偏離設(shè)定值，產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行當(dāng)被控變量偏離設(shè)定值，產(chǎn)生偏差后才進(jìn)行控制，使得控制，使得控制作用滯后?？刂谱饔脺蟆Ｇ梆伩刂疲ㄩ_環(huán)控制）：前饋控制（開環(huán)控制）：控制器根據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變控制器根據(jù)擾動(dòng)或設(shè)定值的變化按化按補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理進(jìn)行工作。進(jìn)行工作。特點(diǎn)：特點(diǎn)：擾動(dòng)產(chǎn)生后，被控變量還未變化之前，根據(jù)擾動(dòng)的大擾動(dòng)