第4章復(fù)雜控制系統(tǒng)

1、編輯ppt1第第 4 4 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、效率等。為此，設(shè)計出各種復(fù)雜控制系

2、統(tǒng)。為此，設(shè)計出各種復(fù)雜控制系統(tǒng)。編輯ppt2 4.1 串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，當(dāng)對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，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，可考慮采用串級控制系統(tǒng)藝上的要求，這時，可考慮采用串級控制系統(tǒng).4.1.1串級控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及工作過程串級控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)及工作過程串級控制是在簡單控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進。串級控制是在簡單控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的改進。編輯ppt3FC進料進料塔底采出塔底采出12蒸汽蒸汽方案方案2：控制蒸汽流量恒定：控制蒸汽流量恒定TC進料進料塔底采出塔底采

3、出12蒸汽蒸汽方案方案1：控制塔釜溫度恒定：控制塔釜溫度恒定目標(biāo)：目標(biāo)：控制塔釜溫度穩(wěn)定控制塔釜溫度穩(wěn)定方案方案1優(yōu)點優(yōu)點：將所有對溫度的干擾都概：將所有對溫度的干擾都概括在控制回路內(nèi)。括在控制回路內(nèi)。缺點缺點：當(dāng)蒸汽壓力波動較大時，：當(dāng)蒸汽壓力波動較大時，由于溫度對象滯后較大，控制質(zhì)由于溫度對象滯后較大，控制質(zhì)量不理想。量不理想。方案方案2:控制蒸汽流量恒定控制蒸汽流量恒定優(yōu)點優(yōu)點：能及時克服蒸汽壓力的干：能及時克服蒸汽壓力的干擾對溫度的影響擾對溫度的影響缺點缺點：不能克服進料流量、物料：不能克服進料流量、物料溫度等其他因素對溫度的影響。溫度等其他因素對溫度的影響。編輯ppt4 例例 管式加

4、熱爐是煉油、化工生產(chǎn)中的管式加熱爐是煉油、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，以保證下道工藝的順利進到一定溫度，以保證下道工藝的順利進行。因此，需要控制原油加熱后的出口行。因此，需要控制原油加熱后的出口溫度。溫度。編輯ppt5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。燃料壓力或燃料燃料壓力或燃料的熱值變化的熱值變化 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)：

5、若用簡單溫控系統(tǒng)：編輯ppt6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)剂狭縏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道：在影響出口溫度的通道中，加測爐膛溫度的變化，提前控制。中，加測爐膛溫度的變化，提前控制。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編輯ppt7下圖為管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)框圖為：下圖為管式加熱爐出口溫度串級控制系統(tǒng)框圖為：主控制器主控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥x1爐膛爐膛原料油原料油f3、f4f1、f2管管

6、壁壁溫度變送器溫度變送器1溫度變送器溫度變送器2副控制器副控制器x2(t)2(t)1(t) 主控制器主控制器執(zhí)行器執(zhí)行器副對象副對象主對象主對象主變送器主變送器副變送器副變送器副控制器副控制器 主變量主變量副變量副變量給定給定干擾干擾標(biāo)準(zhǔn)框圖為：標(biāo)準(zhǔn)框圖為：編輯ppt8結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點：q系統(tǒng)有兩個閉合回路，形成內(nèi)外環(huán)。主變量是系統(tǒng)有兩個閉合回路，形成內(nèi)外環(huán)。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

7、給定值。作為副調(diào)節(jié)器的給定值。主控制器主控制器執(zhí)行器執(zhí)行器副對象副對象主對象主對象主變送器主變送器副變送器副變送器副控制器副控制器 主變量主變量副變量副變量給定給定干擾干擾編輯ppt9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)生擾動發(fā)生擾動干擾進入副回路干擾進入副回路進入副回路的干擾首先影響爐膛溫度，副變送進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。主控制器主控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥x1爐膛爐膛原料油原料油f3f4f1、f2管壁管壁溫度變送器溫度變送器1溫

8、度變送器溫度變送器2副控制器副控制器x2(t)2(t)1(t) 編輯ppt10主控制器主控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥x1爐膛爐膛原料油原料油f3、f4f1、f2管壁管壁溫度變送器溫度變送器1溫度變送器溫度變送器2副控制器副控制器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)生擾動發(fā)生擾動干擾進入主回路干擾進入主回路 對進入主回路的干擾，雖然副變送器不能提前對進入主回路的干擾，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測出，但副回路的閉環(huán)負(fù)反饋，使對象爐膛部分特性的時間常數(shù)大為縮短，則主控制器的控制通道被縮短，的時間常數(shù)大為縮短

9、，則主控制器的控制通道被縮短，控制效果也得到改善。控制效果也得到改善。編輯ppt113干擾同時作用于副回路和主回路干擾同時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)主控制器主控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥x1爐膛爐膛原料油原料油f3、f4f1、f2管壁管壁溫度變送器溫度變送器1溫度變送器溫度變送器2副控制器副控制器x2(

10、t)2(t)1(t) 編輯ppt12（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)，使主控制器反向調(diào)節(jié)，使副控制器調(diào)節(jié)量減小。副控制器調(diào)節(jié)量減小。主控制器主控制器調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥x1爐膛爐膛原料油原料油f3、f4f1、f2管壁管壁溫度變送器溫度變送器1溫度變送器溫度變送器2副控制器副控制器x2(t)2(t)1(t) 編輯ppt134.1.2串級控制系統(tǒng)特點及其分析串級控制系統(tǒng)特點及其分析將串級控制系統(tǒng)等效成單回路控制系統(tǒng)

11、討論。將串級控制系統(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)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( )1 G(s) G (s) G (s) G(s)s0202C2V02m2G (s)G( )1G(s) G (s) G (s) G(s)s編輯ppt14C2V0202C2V02m2G(s) G (s) G (s)G( )1 G(s)

12、G (s) G (s) G(s)s4.1.2.1 改善被控過程的動態(tài)特性改善被控過程的動態(tài)特性 控制通道等效副對象的傳函：控制通道等效副對象的傳函：1)(200202sTKsG2 22 2ccKsG )(vv( )G sKm2m2( )GsK設(shè)：設(shè)：則：則：C2V02C2V02m20202C2V02m2K K K1K K K KG( )T1S1K K K KsT02 T02K02 1/Km2編輯ppt15Gc1(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(

13、s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串級控制等效串級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)控制通道時間常數(shù)，說明主環(huán)控制通道時間常數(shù)縮短，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能?？s短，改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 編輯ppt16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)的動態(tài)性能。改善了系統(tǒng)的動態(tài)性能。 從系統(tǒng)特征方程：從系統(tǒng)特征方程：1+Gc1(s)Go2(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cGc1(s)X1

14、(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)編輯ppt174.1.2.2 抗干擾能力增強抗干擾能力增強對于進入副回路的干擾，串級控制和單回對于進入副回路的干擾，串級控制和單回路控制前向通道的區(qū)別：路控制前向通道的區(qū)別：真正的單回路控制真正的單回路控制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)串級控制等效串級控制等效

15、編輯ppt180202C2V02m2G (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 20 02 20 02 2 sTKsG)(2 22 2ccKsG )(vv( )G sKm2m2( )GsK設(shè)：設(shè)：則：則：02*C2V02m20202C2V02m2K1K K K KG( )T1S1K K K KsT02* T02K02 * K02編輯ppt19 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 說明干擾通道時間常數(shù)縮短，即副回路說明干擾通道時間常數(shù)縮短，即副回路的控制速度快。的控制速度快。

16、真正的單回路控制真正的單回路控制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)串級控制等效串級控制等效編輯ppt20Gc1(s)X1(s)1(s)G*o2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串級控制等效串級控制等效G*c1(s)Gv(s)X1(s)1(s)Go2(s)F3(s)、F4(s)Go1(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s

17、)真正的單回路控制真正的單回路控制對于進入主回路的干擾，串級控制和單回路控制對于進入主回路的干擾，串級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：編輯ppt21C2V02C2V02m20202C2V02m2KK K1KK K KG( )T1S1KK K KsT02 T02K02 T02 T02 ，說明主環(huán)通道時間常數(shù)被縮短，加說明主環(huán)通道時間常數(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(s)Go2(s)2(s)F1(s)、F2(s)Gm1(s)串級控制等效串級控制等效編輯ppt224.1.2.3對負(fù)荷和操作

18、條件變化的適應(yīng)能力增強對負(fù)荷和操作條件變化的適應(yīng)能力增強有些生產(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，對象的放大倍數(shù)往往不同。如果是單回路控工藝點，對象的放大倍數(shù)往往不同。如果是單回路控制，這會導(dǎo)致控制質(zhì)量下降。制，這會導(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編輯ppt23C2V02C2V02m20202C2V02m2KK K1KK KKG( )T1S1KK KKsK02 1/Km2對于串級控制，部分對象被包含在副回路

19、中，對于串級控制，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)荷或操作條件變化時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)仍然具有較好的控制質(zhì)量。件變化時，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)編輯ppt244.1.2.4 系統(tǒng)的穩(wěn)健性（系統(tǒng)的穩(wěn)健性（Robust） 由于實際過程往往具有一定的非線性和時變性，當(dāng)生由于實際過程往往具有一定的非線性和時變性，當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)生變化或者運行時間較長后，被控過程特性產(chǎn)工藝發(fā)生

20、變化或者運行時間較長后，被控過程特性會發(fā)生變化，其傳遞函數(shù)的變化將會導(dǎo)致控制器的參會發(fā)生變化，其傳遞函數(shù)的變化將會導(dǎo)致控制器的參數(shù)不再是數(shù)不再是“最佳的最佳的”，系統(tǒng)的控制性能必然會變差。，系統(tǒng)的控制性能必然會變差。 一般用一般用“穩(wěn)健性穩(wěn)健性”來描述系統(tǒng)控制特性對參數(shù)變化的來描述系統(tǒng)控制特性對參數(shù)變化的敏感性。敏感性。 “穩(wěn)健性穩(wěn)健性”又稱為又稱為“強壯性、穩(wěn)健性強壯性、穩(wěn)健性”。系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)的控制品質(zhì)對對象特性變化越不敏感，稱系統(tǒng)的品質(zhì)對對象特性變化越不敏感，稱系統(tǒng)的“穩(wěn)健性穩(wěn)健性”越好。越好。編輯ppt25 由于串級控制系統(tǒng)存在副回路，它對副回路中的由于串級控制系統(tǒng)存在副回路，它對副

21、回路中的各個環(huán)節(jié)的參數(shù)變化顯得不敏感，從這個角度看，各個環(huán)節(jié)的參數(shù)變化顯得不敏感，從這個角度看，副回路具有一定的穩(wěn)健性。副回路具有一定的穩(wěn)健性。 通常說主回路對副回路中特性具有穩(wěn)健性，但副通常說主回路對副回路中特性具有穩(wěn)健性，但副回路本身卻沒有穩(wěn)健性，副回路中各環(huán)節(jié)特性的回路本身卻沒有穩(wěn)健性，副回路中各環(huán)節(jié)特性的變化依然敏感地影響副回路。變化依然敏感地影響副回路。 另外，主回路對副回路的反饋通道沒有穩(wěn)健性。另外，主回路對副回路的反饋通道沒有穩(wěn)健性。編輯ppt26 串級系統(tǒng)特點總結(jié)：串級系統(tǒng)特點總結(jié)：對進入副回路的干擾有很強的克服能力；對進入副回路的干擾有很強的克服能力； 改善了被控過程的動態(tài)特

22、性，提高了系統(tǒng)的工作改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率；對進入主回路的干擾控制效果也有改善；頻率；對進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)效果比較串級控制串級控制單回路控制單回路控制ty編輯ppt27具體體現(xiàn)：具體體現(xiàn)： (1) 從從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，串級控制系統(tǒng)有主、來看，串級控制系統(tǒng)有主、副兩個閉合回路；有主、副兩個控制器；副兩個閉合回路；有主、副兩個控制器；有分別測量主變量和副變量的兩個測量有分別測量主變量和副變量的兩個測量變送器。變送器。 在串級控制系統(tǒng)中，在串級控制系統(tǒng)中，主

23、回路是定值控主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。制系統(tǒng)，而副回路是隨動控制系統(tǒng)。編輯ppt28 (2) 在串級控制系統(tǒng)中，有兩主、副兩個變量。在串級控制系統(tǒng)中，有兩主、副兩個變量。 主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運行情況的主主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運行情況的主要工藝變量。要工藝變量。 控制的目的在于使這一變量等于工藝規(guī)定的給定控制的目的在于使這一變量等于工藝規(guī)定的給定值。值。 (3) 從系統(tǒng)特性來看，串級控制系統(tǒng)由于副回路的從系統(tǒng)特性來看，串級控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對象的特性，使控制過程加快，具引入，改善了對象的特性，使控制過程加快，具有超前控制的作用，從而有效地克服

24、滯后，提高有超前控制的作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。了控制質(zhì)量。編輯ppt29串級控制適用范圍串級控制適用范圍 當(dāng)對象的滯后和時間常數(shù)很大，干當(dāng)對象的滯后和時間常數(shù)很大，干擾作用強而且頻繁、負(fù)荷變化大，簡單擾作用強而且頻繁、負(fù)荷變化大，簡單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時，控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時，可采用串級控制系統(tǒng)?？刹捎么壙刂葡到y(tǒng)。 編輯ppt30 在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副在串級控制系統(tǒng)中，由于引入一個閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對作用于主對象上的干擾也能加速克服。且對作用于主對象上的干擾

25、也能加速克服。 副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副回路路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點，并對于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。 因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路因此，在串級控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大相互配合、相互補充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。大提高了控制質(zhì)量。 編輯ppt314.1.3 串級控制系統(tǒng)的設(shè)計串級控制系統(tǒng)的設(shè)計1主回路設(shè)計主回路設(shè)計定值控制定值控制 主回路設(shè)計與單回路控制系統(tǒng)一樣。能直接或主

26、回路設(shè)計與單回路控制系統(tǒng)一樣。能直接或間接地表征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控制系統(tǒng)間接地表征生產(chǎn)過程質(zhì)量的參數(shù)都可以作為控制系統(tǒng)的被控變量。的被控變量。 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)編輯ppt322副回路的選擇副回路的選擇副回路設(shè)計中，最重要的是選擇副回路的被控副回路設(shè)計中，最重要的是選擇副回路的被控參數(shù)（串級系統(tǒng)的副參數(shù)）。副參數(shù)的選擇一般應(yīng)參數(shù)（串級系統(tǒng)的副參數(shù)）。副參數(shù)的選擇一般應(yīng)遵循下面幾個原則：遵循下面幾個原則： 主、副變量有對應(yīng)關(guān)系主、副變量有對應(yīng)

27、關(guān)系副參數(shù)的選擇必須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間常數(shù)的匹配，以防的時間常數(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)濟性應(yīng)注意工藝上的合理性和經(jīng)濟性編輯ppt33 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 在串級系統(tǒng)中，主參數(shù)是系統(tǒng)控制任務(wù)，副參在串級系統(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。數(shù)輔助變量。這是選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的基本出發(fā)點。 主參數(shù)是生產(chǎn)工藝

28、的主要控制指標(biāo)，工藝上要主參數(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)器通常選用求比較嚴(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，副參數(shù)的要求一般不嚴(yán)格，允許有靜差允許有靜差。因此，副。因此，副調(diào)節(jié)器一般選調(diào)節(jié)器一般選P調(diào)節(jié)就可以了。調(diào)節(jié)就可以了。 編輯ppt344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 對串級控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用對串級控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇原則依然是使系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋。

29、方式的選擇原則依然是使系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋。 選擇時的順序是：選擇時的順序是： 1、根據(jù)工藝安全或節(jié)能要求確定調(diào)節(jié)閥的正、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；反作用； 2、按照副回路構(gòu)成負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器、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；的正、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)、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。器的正、反作用。編輯ppt35 以管式加熱爐為例，說明串級控制系統(tǒng)主、副調(diào)以管式加熱爐為例，說明串級控制系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式的確定方法。節(jié)器的正、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

30、選用氣開、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)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)閉，切斷燃料油進入加熱爐，確保設(shè)備安全。關(guān)閉，切斷燃料油進入加熱爐，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編輯ppt36 2、副回路中，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高，測、副回路中，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高，測量信號增大，說明副對象和變送器都是正作用。為保量信號增大，說明副對象和變送器都是正作用。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。證副回路為負(fù)反饋，副調(diào)節(jié)器應(yīng)為反作用方式。原料出口

31、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編輯ppt373、對于主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高時，、對于主調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)閥開大，爐膛溫度升高時，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燃料燃料管式加熱爐管式加熱爐 T2C T2T編輯ppt384.1.4 串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定有逐步逼近法、兩步整定法和

32、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)進行，逐步接依次整定副回路、主回路。并循環(huán)進行，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)處于串級工作狀態(tài)，第一步按單回路方法整系統(tǒng)處于串級工作狀態(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環(huán)節(jié)，仍按單回路對主調(diào)節(jié)器進行參數(shù)整定。一個環(huán)節(jié)，仍按單回路對主調(diào)節(jié)器進行參數(shù)整定。編輯ppt393一步整定法一步整定法所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)驗，先將副調(diào)節(jié)器所謂一步整定法，就是根據(jù)經(jīng)

33、驗，先將副調(diào)節(jié)器參數(shù)一次調(diào)好，不再變動，然后按一般單回路控制系參數(shù)一次調(diào)好，不再變動，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 5.01.25編輯ppt404.1.5串級系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用串級系統(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

34、要求高，采用簡單控制系統(tǒng)滿足不了工藝要求的情況下，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。了工藝要求的情況下，可考慮采用串級控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)常用于下面一些生產(chǎn)過程。串級控制系統(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)重的過程編輯ppt414.2 均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有許多裝置是前后緊密聯(lián)在連續(xù)生產(chǎn)過程中，有許多裝置是前后緊密聯(lián)系的。前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進料，系的。前一設(shè)備的出料，往往是后一設(shè)備的進料，各設(shè)備的操作也互相關(guān)聯(lián)、互相影響。例如圖

35、各設(shè)備的操作也互相關(guān)聯(lián)、互相影響。例如圖4.10所所示的兩個連續(xù)操作的精餾塔。示的兩個連續(xù)操作的精餾塔。 1#塔要求液塔要求液位穩(wěn)定，設(shè)液位位穩(wěn)定，設(shè)液位控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)。 2#塔要求進塔要求進料量穩(wěn)定，設(shè)流料量穩(wěn)定，設(shè)流量控制系統(tǒng)。量控制系統(tǒng)。LC1#2#FTFCLT12編輯ppt42顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾：顯然，這兩套控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)存在矛盾： 解決辦法：解決辦法：1、設(shè)中間貯、設(shè)中間貯槽，使前后影響減槽，使前后影響減小，但成本高，傳小，但成本高，傳輸滯后大。輸滯后大。2、用均勻調(diào)、用均勻調(diào)節(jié)方案。節(jié)方案。1#塔液位調(diào)節(jié)塔液位調(diào)節(jié)閥閥 1 開度變化開度變化 2#塔流量變

36、化塔流量變化2#塔流量調(diào)節(jié)塔流量調(diào)節(jié)閥閥 2 開度變化開度變化 1#塔液位變化塔液位變化LC1#2#FTFCLT12編輯ppt434.2.1均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點均勻控制系統(tǒng)工作原理及特點為了解決前后工序控制的矛盾，達(dá)到前后兼顧、為了解決前后工序控制的矛盾，達(dá)到前后兼顧、協(xié)調(diào)操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設(shè)協(xié)調(diào)操作，使前后工序的控制參數(shù)均能符合要求而設(shè)計的控制系統(tǒng)稱為計的控制系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)。如上例中，均勻控制應(yīng)通過對液位和流量兩個變?nèi)缟侠校鶆蚩刂茟?yīng)通過對液位和流量兩個變量同時兼顧的控制方案，使兩個互相矛盾的變量相互量同時兼顧的控制方案，使兩個互相矛盾的變量相

37、互協(xié)調(diào)，都能滿足各自的的工藝要求。協(xié)調(diào)，都能滿足各自的的工藝要求。和其它控制方式相比，均勻控制的特點如下：和其它控制方式相比，均勻控制的特點如下：（1）兩個被控變量在控制過程中都是緩慢變化）兩個被控變量在控制過程中都是緩慢變化的。的。編輯ppt44因為若將因為若將1#塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致塔液位控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致2#塔的進料量波動很大；反之若將塔的進料量波動很大；反之若將2#塔的進料量控制成塔的進料量控制成平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致平穩(wěn)的直線，會導(dǎo)致1#塔液位波動很大。即無法實現(xiàn)塔液位波動很大。即無法實現(xiàn)兩個被控參數(shù)都很平穩(wěn)。兩個被控參數(shù)都很平穩(wěn)。只有讓兩者都有一定程度的波動，但波動都比

38、較只有讓兩者都有一定程度的波動，但波動都比較緩慢、且幅度較小，才有可能同時符合控制要求。緩慢、且幅度較小，才有可能同時符合控制要求。 tLL FFO（a）1#塔液位穩(wěn)定、塔液位穩(wěn)定、2#塔流量變化大塔流量變化大LFL FtO（b）1#塔液位變化大、塔液位變化大、2#塔流量穩(wěn)定塔流量穩(wěn)定L FLFtO（c）1#塔液位、塔液位、2#塔流量均變化較小塔流量均變化較小編輯ppt45（2）前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持前后互相聯(lián)系又互相矛盾的兩個變量應(yīng)保持在所允許的范圍內(nèi)波動。在所允許的范圍內(nèi)波動。如圖，如圖，1#塔塔釜液位的升降變化不能超過規(guī)定的塔塔釜液位的升降變化不能超過規(guī)定的上下限。上下限

39、。2#塔進料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否塔進料流量也不能超越規(guī)定的上下限，否則就不能滿足工藝要求。則就不能滿足工藝要求。LC1#2#FTFCLT12L FLFtO編輯ppt464.2.2 均勻控制方案均勻控制方案均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻均勻控制常用的方案有簡單均勻控制、串級均勻控制等形式，下面介紹這幾種控制方案?？刂频刃问?，下面介紹這幾種控制方案。1簡單均勻控制簡單均勻控制LC1#2#LT結(jié)構(gòu)與簡單液位結(jié)構(gòu)與簡單液位定值控制系統(tǒng)一樣，定值控制系統(tǒng)一樣，但系統(tǒng)控制的目的不但系統(tǒng)控制的目的不同。均勻控制的目的同。均勻控制的目的是是協(xié)調(diào)控制協(xié)調(diào)控制液位和排液位和排出流量兩個變量。

40、出流量兩個變量。編輯ppt47由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個變由于控制目的不同，均勻控制要求兼顧兩個變量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實現(xiàn)的。量，是通過調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定來實現(xiàn)的。簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)中的控制器一般都是中的控制器一般都是純比例純比例作用作用，而且將比例度整定得很大。，而且將比例度整定得很大。當(dāng)液位變化時，當(dāng)液位變化時，控制器的輸出變化很控制器的輸出變化很小，排出流量只作微小，排出流量只作微小緩慢的變化，以較小緩慢的變化，以較弱的控制作用達(dá)到均弱的控制作用達(dá)到均勻控制的目的。勻控制的目的。LC1#2#LT編輯ppt48 因此，簡單均因此，簡單均勻控制勻控制適用于干擾

41、適用于干擾不大、對流量的均不大、對流量的均勻程度要求較低勻程度要求較低的的場合。場合。簡單均勻控制的簡單均勻控制的優(yōu)點優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，投運方便，成是結(jié)構(gòu)簡單，投運方便，成本低。但對另一個被控變量是不測不控的兼顧操作，本低。但對另一個被控變量是不測不控的兼顧操作，其控制精度不一定能保證。其控制精度不一定能保證。如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時，盡管調(diào)如此例中，當(dāng)前后塔的壓力變化較大時，盡管調(diào)節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。節(jié)閥的開度不變，輸出流量也會發(fā)生較大變化。LC1#2#LT編輯ppt492串級均勻控制串級均勻控制為了克服簡單均勻控制只有一個控制回路，只能為了克服簡單均勻控制只有

42、一個控制回路，只能保證一個被控變量精度的缺點，可在簡單均勻控制方保證一個被控變量精度的缺點，可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個副控制回路，構(gòu)成串級均勻控制。案基礎(chǔ)上增加一個副控制回路，構(gòu)成串級均勻控制。 q結(jié)構(gòu)與串級控結(jié)構(gòu)與串級控制系統(tǒng)相同。增加制系統(tǒng)相同。增加了流量控制回路，了流量控制回路，可以及時克服壓力可以及時克服壓力干擾，保證流量控干擾，保證流量控制精度。制精度。LC1#2#FTFCLT編輯ppt50q串級均勻控制方案中，主、副變量都有控制精度串級均勻控制方案中，主、副變量都有控制精度要求，二者均在規(guī)定的范圍內(nèi)作緩慢的變化，所以控要求，二者均在規(guī)定的范圍內(nèi)作緩慢的變化，所以控制手法上與

43、串級控制不同。制手法上與串級控制不同。v主、副控制器一般都采用純比例作用主、副控制器一般都采用純比例作用，而且將比，而且將比例度整定得較大。例度整定得較大。v串級均勻控制方案串級均勻控制方案適用于適用于干擾較大干擾較大的場合。的場合。但使用儀表較多，投運、但使用儀表較多，投運、維護較復(fù)雜。維護較復(fù)雜。LC1#2#FTFCLT編輯ppt513、雙沖量均勻控制系統(tǒng)、雙沖量均勻控制系統(tǒng) 雙沖量均勻控制系統(tǒng)是串級控制系統(tǒng)的一種變雙沖量均勻控制系統(tǒng)是串級控制系統(tǒng)的一種變形控制系統(tǒng)，它是將兩個需要互相兼顧的被控形控制系統(tǒng)，它是將兩個需要互相兼顧的被控變量的差變量的差(或和或和)作為被控變量的控制系統(tǒng)。作為

44、被控變量的控制系統(tǒng)。編輯ppt52 (1) 被控變量的差作為被控變量。被控變量的差作為被控變量。 當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在出口時，不論液位偏高還是偏當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在出口時，不論液位偏高還是偏低，都應(yīng)開大調(diào)節(jié)閥，因此，應(yīng)取液位和流量低，都應(yīng)開大調(diào)節(jié)閥，因此，應(yīng)取液位和流量信號的差作為測量值，如圖信號的差作為測量值，如圖4.13(a)所示。所示。編輯ppt53 正常情況下這個差值可能為零、負(fù)或正值，在正常情況下這個差值可能為零、負(fù)或正值，在加法器引入偏置值用于降低零位，使正常情況加法器引入偏置值用于降低零位，使正常情況下加法器的輸出在量程的中間值。為調(diào)整兩個下加法器的輸出在量程的中間值。為調(diào)整兩個信號的權(quán)重，

45、可以對這兩個信號進行加權(quán)，即信號的權(quán)重，可以對這兩個信號進行加權(quán)，即 式中，式中， I Y為流量控制器的測量信號；為流量控制器的測量信號； I L為液為液位變送器的輸出電流；位變送器的輸出電流； I F為流量變送器輸出電為流量變送器輸出電流；流； I B為偏置值；為偏置值； c 1和和 c 2為加權(quán)系數(shù)。為加權(quán)系數(shù)。編輯ppt54 (2) 被控變量的和作為被控變量。被控變量的和作為被控變量。 當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在入口時，如圖當(dāng)調(diào)節(jié)閥安裝在入口時，如圖4.13(b)所示，均所示，均勻控制系統(tǒng)的測量值應(yīng)是液位和流量信號的和勻控制系統(tǒng)的測量值應(yīng)是液位和流量信號的和減去偏置值，即減去偏置值，即編輯ppt55

46、 可見，在該控制系統(tǒng)中，當(dāng)液位偏低或流量偏可見，在該控制系統(tǒng)中，當(dāng)液位偏低或流量偏低時，都應(yīng)打開調(diào)節(jié)閥門，因此，把兩個信號低時，都應(yīng)打開調(diào)節(jié)閥門，因此，把兩個信號之和作為測量值，同樣道理，應(yīng)設(shè)置偏置值，之和作為測量值，同樣道理，應(yīng)設(shè)置偏置值，但正常情況下兩個信號均為正值，故應(yīng)減去偏但正常情況下兩個信號均為正值，故應(yīng)減去偏置值使差值在量程的中間值。置值使差值在量程的中間值。編輯ppt56 雙沖量均勻控制系統(tǒng)是串級均勻控制系統(tǒng)的變雙沖量均勻控制系統(tǒng)是串級均勻控制系統(tǒng)的變型。型。 其主控制器是其主控制器是1 1 比例環(huán)節(jié)，副控制器是流量比例環(huán)節(jié)，副控制器是流量控制器，其結(jié)構(gòu)與串級均勻控制系統(tǒng)相似，控

47、控制器，其結(jié)構(gòu)與串級均勻控制系統(tǒng)相似，控制效果優(yōu)于簡單均勻控制系統(tǒng)。制效果優(yōu)于簡單均勻控制系統(tǒng)。編輯ppt574. 均勻控制系統(tǒng)的特點均勻控制系統(tǒng)的特點 (1) 均勻控制系統(tǒng)采用一個控制器實現(xiàn)對兩個均勻控制系統(tǒng)采用一個控制器實現(xiàn)對兩個被控量的控制。被控量的控制。 (2) 均勻控制系統(tǒng)采用的系統(tǒng)與普通的控制系均勻控制系統(tǒng)采用的系統(tǒng)與普通的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，對兩個被控量的控制是通過控制統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似，對兩個被控量的控制是通過控制器參數(shù)合理整定實現(xiàn)的。器參數(shù)合理整定實現(xiàn)的。 (3) 均勻控制器的整定原則是比例度較大些，均勻控制器的整定原則是比例度較大些，積分時間常數(shù)較長些。積分時間常數(shù)較長些。編輯ppt

48、584.2.3 4.2.3 控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定 1. 1. 控制器控制規(guī)律的選擇控制器控制規(guī)律的選擇 一般來講，一般來講，簡單均勻控制系統(tǒng)簡單均勻控制系統(tǒng)的控制器一般的控制器一般采用采用P P 控制而不采用控制而不采用PI PI 控制，其原因是均勻控制系統(tǒng)的控制，其原因是均勻控制系統(tǒng)的控制要求是使液位和流量在允許范圍內(nèi)緩慢變化，控制要求是使液位和流量在允許范圍內(nèi)緩慢變化，即允許被控量有余差。即允許被控量有余差。 由于控制器參數(shù)整定時比例度較大，控制器輸出由于控制器參數(shù)整定時比例度較大，控制器輸出引起的流量變化一般不會超越輸入流量的變化，引起的流量變化一般不會超越輸入流量的變化，可以滿

49、足系統(tǒng)的控制要求?？梢詽M足系統(tǒng)的控制要求。編輯ppt59 當(dāng)然，由于工藝過程的需要，為了照顧流量參數(shù)當(dāng)然，由于工藝過程的需要，為了照顧流量參數(shù)使其變化更穩(wěn)定，有時也采用使其變化更穩(wěn)定，有時也采用PI PI 控制，控制，當(dāng)液位波當(dāng)液位波動較劇烈或輸入流量存在急劇變化場合動較劇烈或輸入流量存在急劇變化場合、系統(tǒng)要系統(tǒng)要求液位沒有余差求液位沒有余差則要采用則要采用PI PI 控制規(guī)律，在此情況控制規(guī)律，在此情況下，加入下，加入I I 作用相應(yīng)增大了控制器的比例度，削作用相應(yīng)增大了控制器的比例度，削弱比例控制作用，使流量變化緩慢，也可以很好弱比例控制作用，使流量變化緩慢，也可以很好實現(xiàn)均勻控制作用。實

50、現(xiàn)均勻控制作用。編輯ppt60 指出引入指出引入I I的不利之處，首先對流量參數(shù)產(chǎn)生不利的不利之處，首先對流量參數(shù)產(chǎn)生不利影響，如果液位偏離給定值的時間較長而幅值又影響，如果液位偏離給定值的時間較長而幅值又比較大，比較大，I I 作用會導(dǎo)致控制閥全開或全關(guān)，造成作用會導(dǎo)致控制閥全開或全關(guān)，造成流量的波動較大。流量的波動較大。 同時，同時，I I 作用的引入將使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，系統(tǒng)作用的引入將使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，系統(tǒng)幾乎處于不斷的控制中，平衡狀態(tài)相比幾乎處于不斷的控制中，平衡狀態(tài)相比P P 控制的控制的時間要短。此外，時間要短。此外，I I作用的引入，有可能出現(xiàn)積分作用的引入，有可能出現(xiàn)積分飽和，

51、導(dǎo)致洪峰現(xiàn)象。飽和，導(dǎo)致洪峰現(xiàn)象。編輯ppt61 串級均勻控制系統(tǒng)串級均勻控制系統(tǒng)主控制器主控制器的控制規(guī)律可按照的控制規(guī)律可按照簡單均勻控制系統(tǒng)的控制規(guī)律選擇，簡單均勻控制系統(tǒng)的控制規(guī)律選擇，副控制器副控制器的控制規(guī)律可以選用的控制規(guī)律可以選用P P 控制規(guī)律，不必消除余控制規(guī)律，不必消除余差；差； 為了使副回路成為為了使副回路成為11 11 比例環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)比例環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性，可以采用的動態(tài)特性，可以采用PI PI 控制規(guī)律?？刂埔?guī)律。編輯ppt622. 2. 控制器參數(shù)整定控制器參數(shù)整定 串級均勻控制中的流量串級均勻控制中的流量副控制器副控制器參數(shù)整參數(shù)整定與普通流量控制器參

52、數(shù)整定相似，而定與普通流量控制器參數(shù)整定相似，而均勻控制系統(tǒng)的其他幾種形式的控制器均勻控制系統(tǒng)的其他幾種形式的控制器都需要按照均勻控制的要求來進行整定。都需要按照均勻控制的要求來進行整定。其整定主要原則突出一個其整定主要原則突出一個“慢慢”字，即字，即過渡過程不可以出現(xiàn)明顯的振蕩過渡過程不可以出現(xiàn)明顯的振蕩。編輯ppt63 具體整定原則和方法介紹如下：具體整定原則和方法介紹如下： 1) 1) 整定原則整定原則 (1) (1) 保證液位不超出波動范圍，先設(shè)置好控制器參數(shù)。保證液位不超出波動范圍，先設(shè)置好控制器參數(shù)。 (2) (2) 修正控制器參數(shù)，充分利用容器的緩沖作用，使修正控制器參數(shù)，充分利

53、用容器的緩沖作用，使液位在最大允許范圍內(nèi)波動，輸出流量盡量平穩(wěn)。液位在最大允許范圍內(nèi)波動，輸出流量盡量平穩(wěn)。 (3) (3) 根據(jù)工藝對流量和液位的要求，適當(dāng)調(diào)整控制器根據(jù)工藝對流量和液位的要求，適當(dāng)調(diào)整控制器的參數(shù)。的參數(shù)。編輯ppt64 2) 2) 方法步驟方法步驟 (1) P (1) P 控制。控制。 先將比例度放置在估計液位不會超過允許限定值內(nèi)，先將比例度放置在估計液位不會超過允許限定值內(nèi)， 然后通過觀察運行曲線調(diào)節(jié)比例度，如果然后通過觀察運行曲線調(diào)節(jié)比例度，如果液位最大波液位最大波動值小于允許范圍動值小于允許范圍，則可以，則可以增減比例度增減比例度，如果，如果液位最液位最大波動范圍超

54、出允許波動范圍大波動范圍超出允許波動范圍，則可以，則可以減小比例度減小比例度； 反復(fù)調(diào)整，直到得到滿意的運行曲線為止。反復(fù)調(diào)整，直到得到滿意的運行曲線為止。編輯ppt65 (2) PI (2) PI 控制?？刂?。 首先確定比例度，方法與純首先確定比例度，方法與純P P 控制整定方法相同；控制整定方法相同； 然后適當(dāng)加大比例度后加入然后適當(dāng)加大比例度后加入I I 控制，逐漸減小積分時控制，逐漸減小積分時間，直到流量曲線將要出現(xiàn)緩慢周期性衰減振蕩過程間，直到流量曲線將要出現(xiàn)緩慢周期性衰減振蕩過程為止而液位又回復(fù)到給定值的趨勢；為止而液位又回復(fù)到給定值的趨勢； 最終根據(jù)工藝要求，調(diào)整參數(shù)，直到液位、

55、流量曲線最終根據(jù)工藝要求，調(diào)整參數(shù)，直到液位、流量曲線都符合要求為止。都符合要求為止。編輯ppt66 也可以采用以下這種比較簡單、適用的也可以采用以下這種比較簡單、適用的經(jīng)驗法進行整定。經(jīng)驗法進行整定。 如上所述，均勻控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整如上所述，均勻控制系統(tǒng)控制器參數(shù)整定原則是比例度較大些，積分時間常數(shù)定原則是比例度較大些，積分時間常數(shù)較長些。在實際系統(tǒng)設(shè)計中可以參考表較長些。在實際系統(tǒng)設(shè)計中可以參考表4-2 4-2 中的數(shù)據(jù)進行設(shè)計。中的數(shù)據(jù)進行設(shè)計。編輯ppt67編輯ppt684.2.4 4.2.4 需要說明的問題需要說明的問題 1. 氣體壓力與流量的均勻控制氣體壓力與流量的均勻控制 對

56、于氣相物料，前后設(shè)備間物料的均勻控制不是液位對于氣相物料，前后設(shè)備間物料的均勻控制不是液位和流量間的均勻，而是壓力與流量間的均勻控制。但和流量間的均勻，而是壓力與流量間的均勻控制。但是兩者的控制極為相似。是兩者的控制極為相似。 需要注意的是壓力對象比液位對象的自衡作用要強得需要注意的是壓力對象比液位對象的自衡作用要強得多，一般采用簡單均勻控制方案不易滿足要求，往往多，一般采用簡單均勻控制方案不易滿足要求，往往需要采用串級均勻控制方案。需要采用串級均勻控制方案。編輯ppt69 生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量保持一生產(chǎn)過程中，經(jīng)常需要幾種物料的流量保持一定的比例關(guān)系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，

57、要保持定的比例關(guān)系。例如，在鍋爐的燃燒系統(tǒng)中，要保持燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟性。燃料和空氣量的一定比例，以保證燃燒的經(jīng)濟性。定義：定義：實現(xiàn)兩個或多個參數(shù)符合一定比例關(guān)系實現(xiàn)兩個或多個參數(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)。例如要實現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：例如要實現(xiàn)兩種物料的比例關(guān)系，則表示為：Q2=K Q1 其中：其中：K比值系數(shù)；比值系數(shù)；Q1主流量；主流量； Q2副流量副流量 。編輯ppt704.3.1 比值控制系統(tǒng)的種類比值控制系統(tǒng)的種類 1. 開環(huán)比值控制系統(tǒng)開環(huán)比值控制系統(tǒng)如圖如圖Q1是主流量，是主流量，Q2是副流量。

58、流量變送器是副流量。流量變送器FT檢測主物料流量檢測主物料流量Q1；由控制器；由控制器FC及安裝在從物料管及安裝在從物料管道上的閥門來控制副流量道上的閥門來控制副流量Q2。FTFCQ1Q2此控制方案的優(yōu)點是此控制方案的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、成本低。缺點結(jié)構(gòu)簡單、成本低。缺點是無抗干擾能力，當(dāng)副流是無抗干擾能力，當(dāng)副流管線壓力等改變時，不能管線壓力等改變時，不能保證所要求的比值。保證所要求的比值。 控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2K Q1編輯ppt712. 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制為了克服開環(huán)比值控制的不足，在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。

59、的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制。特點：特點：q對對Q2進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高進行閉環(huán)控制，比值控制精度提高。q控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2= =K Q1 q對對Q1只測量、不控只測量、不控制。制。Q1變化，變化，Q2跟著變跟著變化，總流量不穩(wěn)定?；偭髁坎环€(wěn)定。F1TQ1Q2 KF2TF2C編輯ppt723. 雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺為了克服單閉環(huán)比值控制中主流量不受控制的缺點，增加了主流量控制回路。點，增加了主流量控制回路。特點：特點：qQ1是主流量，是主流量，Q2是副是副流量。兩個流量都可控，流量。兩個流量都可控，因此總流量穩(wěn)

60、定。因此總流量穩(wěn)定。q有兩個閉環(huán)控制回路，有兩個閉環(huán)控制回路，用比值器聯(lián)系。用比值器聯(lián)系。q控制目標(biāo)：控制目標(biāo)：Q2= =K Q1 編輯ppt734變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產(chǎn)過以上介紹的都是定比值控制系統(tǒng)。在有些生產(chǎn)過程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個工藝參數(shù)的程中，要求兩種物料流量的比值隨第三個工藝參數(shù)的需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比需要而變化，為滿足這種工藝的要求，就出現(xiàn)了變比值控制系統(tǒng)。值控制系統(tǒng)。 例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（例如，變換爐工藝中，煤氣與水蒸氣（58倍）倍）在觸媒的催化下，轉(zhuǎn)化成二氧化碳和氫氣。溫度越高在觸