第7復(fù)雜控制統(tǒng)上

1、過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章第第 7 7 章章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)簡單控制系統(tǒng)是過程控制中最基本、應(yīng)用最廣簡單控制系統(tǒng)是過程控制中最基本、應(yīng)用最廣的控制形式，約占全部控制系統(tǒng)的的控制形式，約占全部控制系統(tǒng)的80。但是：。但是：q隨著生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化，操作條件更隨著生產(chǎn)過程的大型化和復(fù)雜化，操作條件更加嚴(yán)格，變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。加嚴(yán)格，變量之間的關(guān)系更加復(fù)雜。q有些生產(chǎn)工藝和控制要求比較特殊。有些生產(chǎn)工藝和控制要求比較特殊。q隨著技術(shù)發(fā)展，對工藝的控制目標(biāo)多樣化，如隨著技術(shù)發(fā)展，對工藝的控制目標(biāo)多樣化，如產(chǎn)量、質(zhì)量、節(jié)能、環(huán)保、效率等。產(chǎn)量、質(zhì)量、節(jié)能、環(huán)保

2、、效率等。為此，設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。為此，設(shè)計(jì)出各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 7.1 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，采用簡單控制系統(tǒng)往往控制質(zhì)量較差，滿足不了工采用簡單控制系統(tǒng)往往控制質(zhì)量較差，滿足不了工藝上的要求，這時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。藝上的要求，這時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。 7.1.1串級(jí)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及工作過程串級(jí)控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及工作過程串級(jí)控制是在簡單控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進(jìn)。串級(jí)控制是在簡單控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進(jìn)。例例 管式加熱爐是煉油、化工生產(chǎn)中的重要裝置管式

3、加熱爐是煉油、化工生產(chǎn)中的重要裝置之一，它的任務(wù)是把原油加熱到一定溫度，以保證之一，它的任務(wù)是把原油加熱到一定溫度，以保證下道工藝的順利進(jìn)行。因此，需要控制原油加熱后下道工藝的順利進(jìn)行。因此，需要控制原油加熱后的出口溫度。的出口溫度。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章問題：問題：控制通道容量滯后控制通道容量滯后很大，控制緩慢。很大，控制緩慢。燃料壓力或燃燃料壓力或燃料的熱值變化料的熱值變化 影響爐膛溫度影響爐膛溫度 熱傳導(dǎo)給原料熱傳導(dǎo)給原料 影響出口溫度影響出口溫度15min3min原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料t1ct1t燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐若用簡單溫控系統(tǒng)：

4、若用簡單溫控系統(tǒng)：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章爐膛溫度爐膛溫度變化變化t2t、t2c回路先改變?nèi)剂狭炕芈废雀淖內(nèi)剂狭縯1t、 t1c回路再改回路再改變?nèi)剂狭孔內(nèi)剂狭砍隽蠝囟瘸隽蠝囟茸兓兓鉀Q措施解決措施：在影響出口溫度的通：在影響出口溫度的通道中，加測爐膛溫度的變化，提前控道中，加測爐膛溫度的變化，提前控制。制。燃料壓力燃料壓力變化變化3min原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料t1ct1t燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐t2ct2t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章圖圖7.6管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)框圖為：管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)框圖為：主控制

5、器調(diào)節(jié)閥x1爐膛原料油f3、f4f1、f2管壁溫度變送器1溫度變送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 主控制器執(zhí)行器副對象主對象主變送器副變送器副控制器 主變量副變量給定干擾標(biāo)準(zhǔn)框圖為：標(biāo)準(zhǔn)框圖為：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：q系統(tǒng)系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路，形成內(nèi)外環(huán)。有兩個(gè)閉合回路，形成內(nèi)外環(huán)。主變量是主變量是工藝要求控制的變量，副變量是為了更好地控制主工藝要求控制的變量，副變量是為了更好地控制主變量而選用的輔助變量。變量而選用的輔助變量。q主、副調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，主調(diào)節(jié)器的輸出主、副調(diào)節(jié)器是串聯(lián)工作的，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值。作為副調(diào)節(jié)器

6、的給定值。主控制器執(zhí)行器副對象主對象主變送器副變送器副控制器 主變量副變量給定干擾過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章控制過程分析：控制過程分析：1燃料壓力燃料壓力f3(t)、燃料熱值、燃料熱值f4(t)發(fā)生擾動(dòng)發(fā)生擾動(dòng)干擾進(jìn)入副回路干擾進(jìn)入副回路進(jìn)入副回路的干擾首先影響爐膛溫度，副變送進(jìn)入副回路的干擾首先影響爐膛溫度，副變送器提前測出，副控制器立即開始控制，控制過程大器提前測出，副控制器立即開始控制，控制過程大為縮短。為縮短。主控制器調(diào)節(jié)閥x1爐膛原料油f3、f4f1、f2管壁溫度變送器1溫度變送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7

7、章章主控制器調(diào)節(jié)閥x1爐膛原料油f3、f4f1、f2管壁溫度變送器1溫度變送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 2原油流量原油流量 f1(t)、原油入口溫度、原油入口溫度 f2(t)發(fā)生擾動(dòng)發(fā)生擾動(dòng)干擾進(jìn)入主回路干擾進(jìn)入主回路 對進(jìn)入主回路的干擾，雖然副變送器不能提前測對進(jìn)入主回路的干擾，雖然副變送器不能提前測出，但副回路的閉環(huán)負(fù)反饋，使對象爐膛部分特性的出，但副回路的閉環(huán)負(fù)反饋，使對象爐膛部分特性的時(shí)間常數(shù)大為縮短，則主控制器的控制通道被縮短，時(shí)間常數(shù)大為縮短，則主控制器的控制通道被縮短，控制效果也得到改善?？刂菩Ч驳玫礁纳?。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3干擾同時(shí)作

8、用于副回路和主回路干擾同時(shí)作用于副回路和主回路主副回路干擾的綜合影響有兩種情況：主副回路干擾的綜合影響有兩種情況：（1）主副回路的干擾影響方向相同。如：）主副回路的干擾影響方向相同。如：燃料壓力燃料壓力f3(t)爐膛溫度爐膛溫度 出口溫度出口溫度 副控制器開始調(diào)節(jié)副控制器開始調(diào)節(jié)原油流量原油流量f1(t)出口溫度出口溫度主副控制器共同調(diào)節(jié)主副控制器共同調(diào)節(jié)主控制器調(diào)節(jié)閥x1爐膛原料油f3、f4f1、f2管壁溫度變送器1溫度變送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章（2）主副回路的干擾影響方向相反。如：）主副回路的干擾影響方向相反。如：燃料壓力燃

9、料壓力f3(t)爐膛溫度爐膛溫度 出口溫度出口溫度 副控制器開始調(diào)節(jié)副控制器開始調(diào)節(jié)原油流量原油流量f1(t)出口溫度出口溫度主控制器反向調(diào)節(jié)，主控制器反向調(diào)節(jié)，使副控制器調(diào)節(jié)量減小。使副控制器調(diào)節(jié)量減小。主控制器調(diào)節(jié)閥x1爐膛原料油f3、f4f1、f2管壁溫度變送器1溫度變送器2副控制器x2(t)2(t)1(t) 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.1.2串級(jí)控制系統(tǒng)特點(diǎn)及其分析串級(jí)控制系統(tǒng)特點(diǎn)及其分析將串級(jí)控制系統(tǒng)等效成單回路控制系統(tǒng)討論。將串級(jí)控制系統(tǒng)等效成單回路控制系統(tǒng)討論。gc1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)gc2(s

10、)x2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm2(s)gm1(s)f3(s)、f4(s)g*o2(s)go2(s)x2(s)2(s)將副環(huán)等效為：將副環(huán)等效為：c2v0202c2v02m2g(s) g (s) g (s)g( )1g(s) g (s) g (s) g(s)s0202c2v02m2g (s)g( )1g(s) g (s) g (s) g(s)s過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章c2v0202c2v02m2g(s) g (s) g (s)g( )1g(s) g (s) g (s) g(s)s7.1.2.1改善被控過程的動(dòng)態(tài)特性改善被控過程的動(dòng)態(tài)特性 控制通道等效副對象

11、的傳函：控制通道等效副對象的傳函：1 12 202020202 stksg)(2 22 2ccksg )(vv( )g skm2m2( )gsk設(shè)：設(shè)：則：則：c2v02c2v02m20202c2v02m2kk k1kk k kg( )t1s1kk k kst02 t02k02 1/km2過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章gc1(s)x1(s)1(s)g*o2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)go2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)g*c1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)串級(jí)控制

12、等效串級(jí)控制等效真正的單回路控制真正的單回路控制 t02 t02 ，說明主環(huán)控制通道時(shí)間常數(shù)縮短，說明主環(huán)控制通道時(shí)間常數(shù)縮短，改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章gc1(s)x1(s)1(s)g*o2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)go2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)同理，通過對系統(tǒng)振蕩頻率的推導(dǎo)可知：同理，通過對系統(tǒng)振蕩頻率的推導(dǎo)可知：副回路的引入，提高了系統(tǒng)的工作頻率，也改副回路的引入，提高了系統(tǒng)的工作頻率，也改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 從系統(tǒng)特征方程：從系統(tǒng)特征方程：1+gc1(s)go

13、2(s)go1(s)gm1(s)=0可求出系統(tǒng)的工作頻率可求出系統(tǒng)的工作頻率c過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.1.2.2 抗干擾能力增強(qiáng)抗干擾能力增強(qiáng)對于進(jìn)入副回路的干擾，串級(jí)控制和單回路控對于進(jìn)入副回路的干擾，串級(jí)控制和單回路控制前向通道的區(qū)別：制前向通道的區(qū)別：g*c1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)gc1(s)x1(s)1(s)g*o2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)go2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)串級(jí)控制等效串級(jí)控制等效真正的單回路控制真正的單回路控制過程

14、控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章0202c2v02m2g (s)g( )1 g(s) g (s) g (s) g(s)s干擾通道的傳函：干擾通道的傳函：1 12 202020202 stksg)(2 22 2ccksg )(vv( )g skm2m2( )gsk設(shè)：設(shè)：則：則：02*c2v02m20202c2v02m2k1kk k kg( )t1s1kk k kst02* t02k02 * k02過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 k02 * k02 說明干擾通道的影響力降低；說明干擾通道的影響力降低；t02 * t02 說明干擾通道時(shí)間常數(shù)縮短，即副說明干擾通道時(shí)間

15、常數(shù)縮短，即副回路的控制速度快?；芈返目刂扑俣瓤臁?gc1(s)x1(s)1(s)g*o2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)go2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)串級(jí)控制等效串級(jí)控制等效g*c1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)真正的單回路控制真正的單回路控制過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章gc1(s)x1(s)1(s)g*o2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)go2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)串級(jí)控制等效串級(jí)控制等效g*c1(s)gv(s)x1(s)

16、1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)真正的單回路控制真正的單回路控制對于進(jìn)入主回路的干擾，串級(jí)控制和單回路控制對于進(jìn)入主回路的干擾，串級(jí)控制和單回路控制閉環(huán)回路的區(qū)別：閉環(huán)回路的區(qū)別：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章c2v02c2v02m20202c2v02m2kk k1kk k kg( )t1s1kk k kst02 t02k02 t02 t02 ，說明主環(huán)通道時(shí)間常數(shù)被縮短，加，說明主環(huán)通道時(shí)間常數(shù)被縮短，加快了系統(tǒng)的控制速度?？炝讼到y(tǒng)的控制速度。 gc1(s)x1(s)1(s)g*o2(s)f3(s)、f4(s)go1(

17、s)go2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)串級(jí)控制等效串級(jí)控制等效過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.1.2.3對負(fù)荷和操作條件變化的適應(yīng)能力增強(qiáng)對負(fù)荷和操作條件變化的適應(yīng)能力增強(qiáng)有些生產(chǎn)過程的工藝條件經(jīng)常變化。而在不同的有些生產(chǎn)過程的工藝條件經(jīng)常變化。而在不同的工藝點(diǎn)，對象的放大倍數(shù)往往不同。如果是單回路控工藝點(diǎn)，對象的放大倍數(shù)往往不同。如果是單回路控制，這會(huì)導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。制，這會(huì)導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。g*c1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)f1(s)、f2(s)gm1(s)真正的單回路控制真正的單回路控制過程控

18、制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章c2v02c2v02m20202c2v02m2kk k1kk kkg( )t1s1kk kksk02 1/km2對于串級(jí)控制，部分對象被包含在副回路中，其對于串級(jí)控制，部分對象被包含在副回路中，其放大倍數(shù)被負(fù)反饋壓制。因而工藝負(fù)荷或操作條件變放大倍數(shù)被負(fù)反饋壓制。因而工藝負(fù)荷或操作條件變化時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍然具有較好的控制質(zhì)量?；瘯r(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍然具有較好的控制質(zhì)量。gc1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)gc2(s)x2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm2(s)gm1(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與

19、儀表 第第7章章串級(jí)系統(tǒng)特點(diǎn)總結(jié)：串級(jí)系統(tǒng)特點(diǎn)總結(jié)：對進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的克服能力；對進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的克服能力； 改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工改善了被控過程的動(dòng)態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對進(jìn)入主回路的干擾控制效果也有改善；作頻率；對進(jìn)入主回路的干擾控制效果也有改善；對負(fù)荷或操作條件的變化有一定自適應(yīng)能力。對負(fù)荷或操作條件的變化有一定自適應(yīng)能力。 調(diào)節(jié)效果比較調(diào)節(jié)效果比較串級(jí)控制串級(jí)控制單回路控制單回路控制ty過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與參數(shù)整定7.1.3.1串級(jí)控制系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)串級(jí)控制

20、系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)1主回路設(shè)計(jì)主回路設(shè)計(jì) 主回路設(shè)計(jì)與單回路控制系統(tǒng)一樣。主回路設(shè)計(jì)與單回路控制系統(tǒng)一樣。gc1(s)gv(s)x1(s)1(s)go2(s)f3(s)、f4(s)go1(s)gc2(s)x2(s)2(s)f1(s)、f2(s)gm2(s)gm1(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2副回路的選擇副回路的選擇副回路設(shè)計(jì)中，最重要的是選擇副回路的被控副回路設(shè)計(jì)中，最重要的是選擇副回路的被控參數(shù)（串級(jí)系統(tǒng)的副參數(shù)）。副參數(shù)的選擇一般應(yīng)參數(shù)（串級(jí)系統(tǒng)的副參數(shù)）。副參數(shù)的選擇一般應(yīng)遵循下面幾個(gè)原則：遵循下面幾個(gè)原則： 主、副變量有對應(yīng)關(guān)系主、副變量有對應(yīng)關(guān)系副參數(shù)的選擇必須

21、使副回路包含變化劇烈的副參數(shù)的選擇必須使副回路包含變化劇烈的主要干擾，并盡可能多包含一些干擾主要干擾，并盡可能多包含一些干擾副參數(shù)的選擇應(yīng)考慮主、副回路中控制過程副參數(shù)的選擇應(yīng)考慮主、副回路中控制過程的時(shí)間常數(shù)的匹配，以防的時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振共振” 的發(fā)生的發(fā)生應(yīng)注意工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性應(yīng)注意工藝上的合理性和經(jīng)濟(jì)性過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇在串級(jí)系統(tǒng)中，主參數(shù)是系統(tǒng)控制任務(wù)，副參數(shù)輔在串級(jí)系統(tǒng)中，主參數(shù)是系統(tǒng)控制任務(wù)，副參數(shù)輔助變量。這是選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。助變量。這是選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是

22、生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，工藝上要求比主參數(shù)是生產(chǎn)工藝的主要控制指標(biāo)，工藝上要求比較嚴(yán)格。所以，主調(diào)節(jié)器通常選用較嚴(yán)格。所以，主調(diào)節(jié)器通常選用pi調(diào)節(jié)，或調(diào)節(jié)，或pid調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。控制副參數(shù)是為了提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，對副參控制副參數(shù)是為了提高主參數(shù)的控制質(zhì)量，對副參數(shù)的要求一般不嚴(yán)格，允許有靜差。因此，副調(diào)節(jié)數(shù)的要求一般不嚴(yán)格，允許有靜差。因此，副調(diào)節(jié)器一般選器一般選p調(diào)節(jié)就可以了。調(diào)節(jié)就可以了。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定對串級(jí)控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用對串級(jí)控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用

23、方式的選擇原則依然是使系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋。方式的選擇原則依然是使系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋。選擇時(shí)的順序是：選擇時(shí)的順序是：1、根據(jù)工藝安全或節(jié)能要求確定調(diào)節(jié)閥的正、反、根據(jù)工藝安全或節(jié)能要求確定調(diào)節(jié)閥的正、反作用；作用；2、按照副回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的、按照副回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的正、反作用；正、反作用；3、依據(jù)主回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則，確定主調(diào)節(jié)器、依據(jù)主回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則，確定主調(diào)節(jié)器的正、反作用。的正、反作用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章以管式加熱爐為例，說明串級(jí)控制系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)以管式加熱爐為例，說明串級(jí)控制系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式的確定方法。器的

24、正、反作用方式的確定方法。1、從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開式、從生產(chǎn)工藝安全出發(fā)，燃料油調(diào)節(jié)閥選用氣開式（正作用）。一旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣，調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)（正作用）。一旦出現(xiàn)故障或氣源斷氣，調(diào)節(jié)閥應(yīng)關(guān)閉，切斷燃料油進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全。閉，切斷燃料油進(jìn)入加熱爐，確保設(shè)備安全。原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料t1ct1t燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐t2ct2t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章2、副回路中，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高，測量、副回路中，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高，測量信號(hào)增大，說明副對象和變送器都是正作用。為保證信號(hào)增大，說明副對象和變送器都是正作用。

25、為保證副回路為負(fù)反饋，副調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用方式。副回路為負(fù)反饋，副調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用方式。原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料 t1c t1t燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐 t2c t2t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3、對于主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高時(shí)，、對于主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高時(shí)，原料油出口溫度也升高，說明主對象和主變送器也原料油出口溫度也升高，說明主對象和主變送器也都是正作用。為保證主回路為負(fù)反饋，主調(diào)節(jié)器也都是正作用。為保證主回路為負(fù)反饋，主調(diào)節(jié)器也應(yīng)為反作用方式。應(yīng)為反作用方式。原料出口溫度原料出口溫度1(t)原料原料 t1c t1t燃料燃料管式

26、加熱爐管式加熱爐 t2c t2t過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章5串級(jí)系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用串級(jí)系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用當(dāng)生產(chǎn)工藝要求高，采用簡單控制系統(tǒng)滿足不當(dāng)生產(chǎn)工藝要求高，采用簡單控制系統(tǒng)滿足不了工藝要求的情況下，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。了工藝要求的情況下，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。串級(jí)控制系統(tǒng)常用于下面一些生產(chǎn)過程。串級(jí)控制系統(tǒng)常用于下面一些生產(chǎn)過程。1）容量滯后較大的過程）容量滯后較大的過程2）純滯后較大的過程）純滯后較大的過程3）干擾幅度大的過程）干擾幅度大的過程4）非線性嚴(yán)重的過程）非線性嚴(yán)重的過程過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.1.3.2串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定串

27、級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法。有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法。1逐步逼近法逐步逼近法依次整定副回路、主回路。并循環(huán)進(jìn)行，逐步接依次整定副回路、主回路。并循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主、副回路最佳控制狀態(tài)。近主、副回路最佳控制狀態(tài)。 2兩步整定法兩步整定法系統(tǒng)處于串級(jí)工作狀態(tài)，第一步按單回路方法整系統(tǒng)處于串級(jí)工作狀態(tài)，第一步按單回路方法整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)；第二步把已經(jīng)整定好的副回路視為定副調(diào)節(jié)器參數(shù)；第二步把已經(jīng)整定好的副回路視為一個(gè)環(huán)節(jié)，仍按單回路對主調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定。一個(gè)環(huán)節(jié)，仍按單回路對主調(diào)節(jié)器進(jìn)行參數(shù)整定。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3一步整定

28、法一步整定法所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先將副調(diào)節(jié)器所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，先將副調(diào)節(jié)器參數(shù)一次調(diào)好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路控制系參數(shù)一次調(diào)好，不再變動(dòng)，然后按一般單回路控制系統(tǒng)的整定方法直接整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。統(tǒng)的整定方法直接整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)。表表7.17.1一步整定法副調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇范圍一步整定法副調(diào)節(jié)器參數(shù)選擇范圍副參數(shù)類型副參數(shù)類型 副調(diào)節(jié)器比例度副調(diào)節(jié)器比例度2（%） 副調(diào)節(jié)器比例增益副調(diào)節(jié)器比例增益kc2 溫度溫度 2060 5.01.7 壓力壓力 3070 3.01.4 流量流量 4080 2.51.25 液位液位 2080 5.01.257.2 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系

29、統(tǒng)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章給定值給定值控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象操作量操作量被控變量被控變量干擾干擾控制系統(tǒng)原理方框圖控制系統(tǒng)原理方框圖測量值測量值偏差偏差控制作用控制作用測量變送器測量變送器不論是什么干擾，只要引起被調(diào)參數(shù)的變化，不論是什么干擾，只要引起被調(diào)參數(shù)的變化，調(diào)節(jié)器均可根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。但必須被調(diào)參數(shù)變調(diào)節(jié)器均可根據(jù)偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。但必須被調(diào)參數(shù)變化后才進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度難以進(jìn)一步提高?；蟛胚M(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度難以進(jìn)一步提高。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章前饋補(bǔ)償器執(zhí)行器對象傳感器、變送器干擾前饋控制的原理是：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，立即前饋

30、控制的原理是：當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，立即將其測量出來，通過前饋控制器，根據(jù)擾動(dòng)量的大將其測量出來，通過前饋控制器，根據(jù)擾動(dòng)量的大小改變控制變量，以抵消擾動(dòng)對被控參數(shù)的影響。小改變控制變量，以抵消擾動(dòng)對被控參數(shù)的影響。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.2.1前饋控制的工作原理及其特點(diǎn)前饋控制的工作原理及其特點(diǎn)1 1、反饋控制的特點(diǎn)：、反饋控制的特點(diǎn)：1 1）反饋控制系統(tǒng)是利用偏差來消除偏差，但反饋控制系統(tǒng)是利用偏差來消除偏差，但卻使得控制作用不及時(shí)。卻使得控制作用不及時(shí)。2 2）存在系統(tǒng)是否穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)和運(yùn)行中）存在系統(tǒng)是否穩(wěn)定的問題，設(shè)計(jì)和運(yùn)行中必須考慮和解決。必須考慮和解決

31、。3 3）可以消除反饋環(huán)節(jié)之內(nèi)的任何擾動(dòng)對被控）可以消除反饋環(huán)節(jié)之內(nèi)的任何擾動(dòng)對被控量的影響。量的影響。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章mtttc蒸汽蒸汽換熱器換熱器冷物料冷物料入口入口熱物料熱物料出口出口冷凝水冷凝水 針對冷物料針對冷物料流量變化的最佳流量變化的最佳調(diào)節(jié)效果：調(diào)節(jié)效果：ty過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章為了改變事后調(diào)節(jié)的狀況，提出前饋控制的思為了改變事后調(diào)節(jié)的狀況，提出前饋控制的思路：根據(jù)冷物料流量路：根據(jù)冷物料流量q的大小，調(diào)節(jié)閥門開度。的大小，調(diào)節(jié)閥門開度。 2 2、前饋控制的原理與特點(diǎn)、前饋控制的原理與特點(diǎn)m蒸汽蒸汽換熱器換熱器冷物料冷

32、物料入口入口熱物料熱物料出口出口冷凝水冷凝水ftfb過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章gb(s)gfs)go(s)gm(s)gv(s)m蒸汽蒸汽換熱器換熱器冷物料冷物料入口入口熱物料熱物料出口出口冷凝水冷凝水ftfcf(s)y(s)gv(s)gb(s)gm(s)f(s)gfs)go(s)y(s)用方框圖表示：用方框圖表示：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章補(bǔ)償原理補(bǔ)償原理如果補(bǔ)償量和干擾量以同樣的大小和速度作用如果補(bǔ)償量和干擾量以同樣的大小和速度作用于被控變量，且作用方向相反的話，被控變量不變。于被控變量，且作用方向相反的話，被控變量不變。 y(s) = f(s)g

33、f(s)+ f(s)gm(s)gb(s)gv(s)go(s) = 0gv(s)gb(s)gm(s)f(s)gfs)go(s)y(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章得：得：前饋補(bǔ)償規(guī)律的推導(dǎo)：前饋補(bǔ)償規(guī)律的推導(dǎo)：y(s) = f(s)gf(s)+ f(s)gm(s)gb(s)gv(s)go(s) = 0fbomvg (s)g ( )g ( ) g (s) g (s)ss gv(s)gb(s)gm(s)f(s)gfs)go(s)y(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章q前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制的特點(diǎn)：前饋控制器是按是按照干擾的大小進(jìn)行控制前饋控制器是按是按照干擾的

34、大小進(jìn)行控制的，的， 稱為稱為“擾動(dòng)補(bǔ)償擾動(dòng)補(bǔ)償”。如果補(bǔ)償精確，被調(diào)變量。如果補(bǔ)償精確，被調(diào)變量不會(huì)變化，能實(shí)現(xiàn)不會(huì)變化，能實(shí)現(xiàn)“不變性不變性”控制?？刂?。前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾前饋控制是開環(huán)控制，控制作用幾乎與干擾同步產(chǎn)生，是事先調(diào)節(jié)，速度快。同步產(chǎn)生，是事先調(diào)節(jié)，速度快。前饋控制器的控制規(guī)律不是前饋控制器的控制規(guī)律不是pid控制，是由控制，是由對象特性決定的。對象特性決定的。前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其前饋控制只對特定的干擾有控制作用，對其它干擾無效。它干擾無效。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3前饋控制的局限性前饋控制的局限性實(shí)際工業(yè)過程中的干

35、擾很多，不可能對每個(gè)實(shí)際工業(yè)過程中的干擾很多，不可能對每個(gè)干擾設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，況且有的干擾的在線檢測干擾設(shè)計(jì)一套控制系統(tǒng)，況且有的干擾的在線檢測非常困難。非常困難。前饋控制器的補(bǔ)償控制規(guī)律很難精確計(jì)算，前饋控制器的補(bǔ)償控制規(guī)律很難精確計(jì)算，即使前饋控制器設(shè)計(jì)的非常精確，即使前饋控制器設(shè)計(jì)的非常精確， 實(shí)現(xiàn)時(shí)也會(huì)存在實(shí)現(xiàn)時(shí)也會(huì)存在誤差，而誤差，而開環(huán)系統(tǒng)對誤差無法自我糾正開環(huán)系統(tǒng)對誤差無法自我糾正。因此，一般將前饋控制與反饋控制結(jié)合使用。因此，一般將前饋控制與反饋控制結(jié)合使用。前饋控制針對主要干擾，反饋控制針對所有干擾。前饋控制針對主要干擾，反饋控制針對所有干擾。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)

36、與儀表 第第7章章7.2.2前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)前饋控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)前饋控制的結(jié)構(gòu)有靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。前饋控制的結(jié)構(gòu)有靜態(tài)補(bǔ)償和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。 1靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)靜態(tài)前饋控制系統(tǒng)所謂靜態(tài)前饋控制，是前饋控制器的補(bǔ)償控制所謂靜態(tài)前饋控制，是前饋控制器的補(bǔ)償控制規(guī)律，只考慮靜態(tài)增益補(bǔ)償，不考慮速度補(bǔ)償。規(guī)律，只考慮靜態(tài)增益補(bǔ)償，不考慮速度補(bǔ)償。fbomvg (s)g ( )g ( ) g (s) g (s)ss fbbomvkg (0)kkkk gv(s)gb(s)gm(s)f(s)gf(s)go(s)y(s)（s=0時(shí)）時(shí)）過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章靜態(tài)前饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)

37、，前饋控制靜態(tài)前饋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，前饋控制器就是一個(gè)比例放大器。但控制過程中，動(dòng)態(tài)偏差器就是一個(gè)比例放大器。但控制過程中，動(dòng)態(tài)偏差依然存在。依然存在。2動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)前饋控制系統(tǒng)完全按照補(bǔ)償控制規(guī)律制作控制器。完全按照補(bǔ)償控制規(guī)律制作控制器。理論上，動(dòng)態(tài)前饋控制能在每個(gè)時(shí)刻都完全補(bǔ)償理論上，動(dòng)態(tài)前饋控制能在每個(gè)時(shí)刻都完全補(bǔ)償擾動(dòng)對被控參數(shù)的影響。但補(bǔ)償控制規(guī)律比較復(fù)雜，擾動(dòng)對被控參數(shù)的影響。但補(bǔ)償控制規(guī)律比較復(fù)雜，常常無法獲得精確表達(dá)式，也難以精確實(shí)現(xiàn)。常常無法獲得精確表達(dá)式，也難以精確實(shí)現(xiàn)。fbomvg (s)g ( )g ( ) g (s) g (s)ss 過程控制系統(tǒng)與儀表

38、過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章3前饋前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng)為了克服前饋控制的局限性，將前饋控制和反饋為了克服前饋控制的局限性，將前饋控制和反饋控制結(jié)合起來，組成前饋控制結(jié)合起來，組成前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。 v如換熱器出口溫度前饋如換熱器出口溫度前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。反饋復(fù)合控制系統(tǒng)。tttcm蒸汽蒸汽換熱器換熱器冷物料冷物料入口入口熱物料熱物料出口出口冷凝水冷凝水ftfc過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 在前饋在前饋反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中，設(shè)定值反饋復(fù)合控制系統(tǒng)中，設(shè)定值x(s)、干擾干擾f(s)對輸出對輸出y(s)的共同影響為：的共同影響為：0vc

39、0vcmt( )( )( )y( )( )1( )( )( )g(s)g s g s gssx sg s g s g sfovbmfovcmt( )g (s)g (s)g (s)g(s)( )1( )( )( )g(s)g sf sg s g s g sgv(s)gb(s)gmf(s)f(s)gf(s)go(s)y(s)gmt(s)gc(s)x(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章fovbmffovcmt( )g (s)g (s)g (s)g(s)y (s)( )1( )( )( )g(s)g sf sg s g s g s1、傳函分子即是前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償條件。表明、傳函分子

40、即是前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償條件。表明復(fù)合控制系統(tǒng)與開環(huán)前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償條件完全相同，復(fù)合控制系統(tǒng)與開環(huán)前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償條件完全相同，并不因?yàn)橐M(jìn)反饋控制而有所改變。并不因?yàn)橐M(jìn)反饋控制而有所改變。2、傳函分母即是反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。、傳函分母即是反饋控制系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)。表明反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性并不因?yàn)橐M(jìn)前饋控制而有表明反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性并不因?yàn)橐M(jìn)前饋控制而有所改變；且由于反饋控制回路的存在，使前饋控制的精所改變；且由于反饋控制回路的存在，使前饋控制的精度比開環(huán)前饋控制高。度比開環(huán)前饋控制高。干擾通道的傳遞函數(shù)為：干擾通道的傳遞函數(shù)為：過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第

41、7章章復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：復(fù)合控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：在反饋控制的基礎(chǔ)上，針對主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)在反饋控制的基礎(chǔ)上，針對主要干擾進(jìn)行前饋補(bǔ)償。既提高了控制速度，又保證了控制精度。償。既提高了控制速度，又保證了控制精度。反饋控制回路的存在，降低了對前饋控制器的精反饋控制回路的存在，降低了對前饋控制器的精度要求，有利于簡化前饋控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。度要求，有利于簡化前饋控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。在單純的反饋控制系統(tǒng)中，提高控制精度與系統(tǒng)在單純的反饋控制系統(tǒng)中，提高控制精度與系統(tǒng)穩(wěn)定性是一對矛盾。往往為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無法穩(wěn)定性是一對矛盾。往往為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性而無法實(shí)現(xiàn)高精度的控制。而前饋實(shí)現(xiàn)高精度

42、的控制。而前饋反饋控制系統(tǒng)既可實(shí)反饋控制系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)高精度控制，又能保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章4前饋前饋串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)對于慢過程的控制，如果生產(chǎn)過程中的主要干擾對于慢過程的控制，如果生產(chǎn)過程中的主要干擾頻繁而又劇烈，而工藝對被控參量的控制精度要求又頻繁而又劇烈，而工藝對被控參量的控制精度要求又很高，可以考慮采用前饋很高，可以考慮采用前饋串級(jí)復(fù)合控制方案。串級(jí)復(fù)合控制方案。gv(s)gb(s)gmf(s)f(s)gf(s)go1(s)y(s)gm2(s)gc1(s)x(s)gc2(s)go2(s)gm

43、1(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章從前饋從前饋串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（串級(jí)復(fù)合控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（ p226式式7-25作了簡化）可知：作了簡化）可知： 1、串級(jí)控制回路的傳函和單純的串級(jí)控制系統(tǒng)一樣、串級(jí)控制回路的傳函和單純的串級(jí)控制系統(tǒng)一樣 2、前饋控制器的傳函主要由擾動(dòng)通道和主對象特性決、前饋控制器的傳函主要由擾動(dòng)通道和主對象特性決定定gv(s)gb(s)gmf(s)f(s)gf(s)go1(s)y(s)gm2(s)gc1(s)x(s)gc2(s)go2(s)gm1(s)1/gm2(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章 5前饋控制器的通用模型前饋

44、控制器的通用模型 前面按照不變性條件，求得前饋控制器的傳遞函前面按照不變性條件，求得前饋控制器的傳遞函數(shù)表達(dá)式數(shù)表達(dá)式 fbomvg (s)g ( )g ( ) g (s) g (s)ss 實(shí)際上，要得到上式的精確數(shù)學(xué)模型比較困難，實(shí)際上，要得到上式的精確數(shù)學(xué)模型比較困難，準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)也比較困難，還不如用簡約化模型。準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)也比較困難，還不如用簡約化模型。將將go(s)、 gf(s)用帶滯后的一階模型近似，將用帶滯后的一階模型近似，將gv(s)、 gm(s)用比例模型近似，代入上式整理得：用比例模型近似，代入上式整理得： 過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章因此，可以事先做好各系數(shù)可調(diào)

45、的通用前饋控因此，可以事先做好各系數(shù)可調(diào)的通用前饋控制器。使用時(shí)根據(jù)補(bǔ)償要求，調(diào)整各個(gè)系數(shù)值，就制器。使用時(shí)根據(jù)補(bǔ)償要求，調(diào)整各個(gè)系數(shù)值，就可獲得不同特性的前饋控制功能?？色@得不同特性的前饋控制功能。s1bb2ts+1g ( )ket s+1s前饋控制器的通用模型：前饋控制器的通用模型：各系數(shù)物理意義：各系數(shù)物理意義：km 靜態(tài)放大系數(shù)；靜態(tài)放大系數(shù)； t1 加速系數(shù)；加速系數(shù)；t2 減速系數(shù)；減速系數(shù)； 純滯后時(shí)間。純滯后時(shí)間。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章前饋控制的應(yīng)用場合前饋控制的應(yīng)用場合（1 1）某個(gè)干擾幅值大而頻繁，對被控變量影）某個(gè)干擾幅值大而頻繁，對被控變量影響

46、劇烈，而對象的控制通道滯后大。響劇烈，而對象的控制通道滯后大。（2 2）采用單純的反饋控制，控制速度慢、質(zhì)）采用單純的反饋控制，控制速度慢、質(zhì)量差。量差。（3 3）用串級(jí)控制，效果改善不明顯。）用串級(jí)控制，效果改善不明顯。目前，比較高檔的控制儀表中都配備通用前目前，比較高檔的控制儀表中都配備通用前饋控制模塊，供用戶選用。饋控制模塊，供用戶選用。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.3 大滯后過程控制系統(tǒng)大滯后過程控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中，控制通道往往不同程度地存在著在工業(yè)生產(chǎn)中，控制通道往往不同程度地存在著純滯后。一般將純滯后時(shí)間純滯后。一般將純滯后時(shí)間0與時(shí)間常數(shù)與時(shí)間常數(shù)t之比大

47、于之比大于0.3（0 / t0.3）的過程稱之為大滯后過程。）的過程稱之為大滯后過程。熱物料熱物料載熱介質(zhì)載熱介質(zhì)冷物料冷物料熱交換器熱交換器 tt tc換熱器溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖換熱器溫度控制系統(tǒng)工藝流程圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章燃?xì)馊細(xì)忮仩t給水鍋爐給水蒸汽蒸汽汽包汽包爐膛爐膛p1tp1c正正反反鍋爐蒸汽壓力的控制系統(tǒng)工藝流程圖鍋爐蒸汽壓力的控制系統(tǒng)工藝流程圖過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章大滯后過程是公認(rèn)較難控制的過程。其難于控大滯后過程是公認(rèn)較難控制的過程。其難于控制的主要原因是純滯后的增加導(dǎo)致開環(huán)相頻特性相制的主要原因是純滯后的增加導(dǎo)致開環(huán)相頻

48、特性相角滯后增大，使角滯后增大，使閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。為了保證下降。為了保證穩(wěn)定裕度，不得不減小調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)，造成控穩(wěn)定裕度，不得不減小調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)，造成控制質(zhì)量的下降。制質(zhì)量的下降。最早的大滯后過程控制方案是采樣控制。最早的大滯后過程控制方案是采樣控制。采樣控制器采樣控制器y(t)過程過程x(t)保持器保持器執(zhí)行器執(zhí)行器_ _e*(t)u*(t)u(t)s1s2+變送器變送器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章7.3.1 大滯后過程的采樣控制大滯后過程的采樣控制 所謂采樣控制，是一種定周期的斷續(xù)所謂采樣控制，是一種定周期的斷續(xù)pid控制方式，控制方式，即

49、控制器按周期即控制器按周期t進(jìn)行采樣控制。在兩次采樣之間，保進(jìn)行采樣控制。在兩次采樣之間，保持該控制信號(hào)不變，直到下一個(gè)采樣控制信號(hào)信號(hào)到持該控制信號(hào)不變，直到下一個(gè)采樣控制信號(hào)信號(hào)到來。保持的時(shí)間來。保持的時(shí)間t與必須大于純滯后時(shí)間與必須大于純滯后時(shí)間0。這樣重復(fù)。這樣重復(fù)動(dòng)作，一步一步地校正被控參數(shù)的偏差值，直至系統(tǒng)動(dòng)作，一步一步地校正被控參數(shù)的偏差值，直至系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。采樣控制器采樣控制器y(t)過程過程x(t)保持器保持器執(zhí)行器執(zhí)行器_ _e*(t)u*(t)u(t)s1s2+變送器變送器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章這種這種“調(diào)一調(diào)，等一等調(diào)一調(diào)，

50、等一等”的方案的核心思想就的方案的核心思想就是放慢控制速度，減少控制器的過度調(diào)節(jié)。是放慢控制速度，減少控制器的過度調(diào)節(jié)。 圖中，采樣控制器每隔采樣周期圖中，采樣控制器每隔采樣周期t動(dòng)作一次。動(dòng)作一次。s1、s2表示采樣器，它們同時(shí)接通或同時(shí)斷開。表示采樣器，它們同時(shí)接通或同時(shí)斷開。s1、s2，接通時(shí)，采樣控制器閉環(huán)工作；，接通時(shí)，采樣控制器閉環(huán)工作；s1、s2斷開時(shí)，采樣控制器停止工作，輸出為零，但是斷開時(shí)，采樣控制器停止工作，輸出為零，但是上一時(shí)刻的控制值上一時(shí)刻的控制值u*(t)通過保持器持續(xù)輸出。通過保持器持續(xù)輸出。采樣控制器采樣控制器y(t)過程過程x(t)保持器保持器執(zhí)行器執(zhí)行器_

51、_e*(t)u*(t)u(t)s1s2+變送器變送器過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章采樣控制是以犧牲速度來獲取穩(wěn)定的控制效果，采樣控制是以犧牲速度來獲取穩(wěn)定的控制效果，如果在采樣間隔內(nèi)出現(xiàn)干擾，必須要等到下一次采樣如果在采樣間隔內(nèi)出現(xiàn)干擾，必須要等到下一次采樣后才能作出反應(yīng)。后才能作出反應(yīng)。 7.3.2 大滯后過程的大滯后過程的simth預(yù)估補(bǔ)償控制預(yù)估補(bǔ)償控制simth預(yù)估補(bǔ)償控制是按照對象特性，設(shè)計(jì)一個(gè)預(yù)估補(bǔ)償控制是按照對象特性，設(shè)計(jì)一個(gè)模型加入到反饋控制系統(tǒng)，提早估計(jì)出對象在擾動(dòng)作模型加入到反饋控制系統(tǒng)，提早估計(jì)出對象在擾動(dòng)作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提早進(jìn)行補(bǔ)償，使控制器提前動(dòng)作

52、，用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提早進(jìn)行補(bǔ)償，使控制器提前動(dòng)作，從而降低超調(diào)量，并加速調(diào)節(jié)過程。從而降低超調(diào)量，并加速調(diào)節(jié)過程。為理解為理解smith預(yù)估控制的工作原理，先分析采用預(yù)估控制的工作原理，先分析采用簡單控制方案時(shí)，大滯后過程的特性。簡單控制方案時(shí)，大滯后過程的特性。過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章y(s)gf(s)x(s)gc(s)go(s)e-osos_ _u(s)+f(s)如圖是采用簡單控制方案的大滯后過程控制系統(tǒng)如圖是采用簡單控制方案的大滯后過程控制系統(tǒng)框圖。其中框圖。其中g(shù)o(s)e os為控制通道的廣義傳遞函數(shù)，特為控制通道的廣義傳遞函數(shù)，特意將純滯后環(huán)節(jié)意將純滯后環(huán)節(jié)

53、e os單獨(dú)寫出，并且變送器的傳遞函單獨(dú)寫出，并且變送器的傳遞函數(shù)簡化為數(shù)簡化為1。該系統(tǒng)。該系統(tǒng)x(s)與與y(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：ooscoscog (s)g ( )ey(s)x(s)1+g (s)g ( )ess過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章若能將若能將g0(s)e os中的中的e os補(bǔ)償?shù)簦瑒t實(shí)現(xiàn)無滯補(bǔ)償?shù)?，則實(shí)現(xiàn)無滯后控制。后控制。smith提出了一種大滯后系統(tǒng)預(yù)估補(bǔ)償控制提出了一種大滯后系統(tǒng)預(yù)估補(bǔ)償控制方法，圖方法，圖7.17是是smith預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖，預(yù)估補(bǔ)償控制系統(tǒng)框圖，gb(s) 是是smith預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)。預(yù)估補(bǔ)償器的傳遞函數(shù)。y(s)gf(s)x(s)gc(s)go(s)e-osos_ _u(s)+f(s)gb(s)+y(s)過程控制系統(tǒng)與儀表過程控制系統(tǒng)與儀表 第第7章章采用預(yù)估補(bǔ)償器后，控制量采用預(yù)估補(bǔ)償器后，控制量u(s)與反饋信號(hào)與反饋信號(hào)y(s)之間的傳遞函數(shù)是兩個(gè)并聯(lián)通道之間的傳遞函數(shù)