工學(xué)過(guò)程控制課件-第五章-串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)

第五章串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)1/6/20231過(guò)程控制第五章串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)1/6/20231本章基本要求了解串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖表示法；結(jié)合控制原理，掌握串級(jí)系統(tǒng)的分析方法；了解串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法;了解串級(jí)控制系統(tǒng)的抗積分飽和措施。了解比值控制系統(tǒng)的幾種控制方案掌握比值系數(shù)的計(jì)算1/6/20232過(guò)程控制本章基本要求了解串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；1/6/2023組成：一個(gè)調(diào)節(jié)器，一個(gè)控制閥，一個(gè)被控制對(duì)象，一個(gè)測(cè)量變送器Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)

單回路控制系統(tǒng)方框圖1/6/20233過(guò)程控制組成：Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s定義:就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對(duì)主被控變量具有更好的控制效果。在多回路控制系統(tǒng)中,有兩個(gè)被控過(guò)程,兩套測(cè)量變送裝置,兩臺(tái)控制器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的系統(tǒng)．§5-1串級(jí)控制系統(tǒng)的概念1/6/20234過(guò)程控制定義:就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器

圖5.1反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)夾套槽壁例5-1連續(xù)槽反應(yīng)器溫度控制1)采用單回路控制分析：當(dāng)冷卻水方面發(fā)生擾動(dòng)，需相繼通過(guò)3個(gè)容積后，θ1才升高，調(diào)節(jié)器才動(dòng)作。物料方面擾動(dòng)D1:流量,入口溫度,化學(xué)成分冷卻水?dāng)_動(dòng)D2:入口溫度,閥前壓力圖5.2反應(yīng)器單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽溫度測(cè)量D2D1θ1rθ1θ2－對(duì)象有三個(gè)熱容積：夾套、槽壁、槽中的物料。1/6/20235過(guò)程控制圖5.1反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)夾套槽壁例5-1連續(xù)槽反應(yīng)器溫2）采用串級(jí)控制特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器θC2通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動(dòng)；調(diào)節(jié)器θC1通過(guò)調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝所希望的某一給定值。1/6/20236過(guò)程控制2）采用串級(jí)控制特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器θC2θ1溫度測(cè)量主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽D2D1θ1rθ2副調(diào)節(jié)器溫度測(cè)量反應(yīng)器的溫度串級(jí)控制方框圖1/6/20237過(guò)程控制θ1溫度測(cè)量主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽D2D1θ1rθ2副例5-2精餾塔提餾段的溫度控制1、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路再沸器塔底溫度測(cè)量D2(蒸汽壓力)θrθD1Q被調(diào)量：提餾段溫度θ擾動(dòng)D2：加熱蒸汽壓力擾動(dòng)D1：加料方面的擾動(dòng)，如溫度、流量、組分等缺點(diǎn)：從調(diào)節(jié)閥動(dòng)作到溫度變化，需通過(guò)很多熱容積。調(diào)節(jié)滯后。1/6/20238過(guò)程控制例5-2精餾塔提餾段的溫度控制1、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案調(diào)節(jié)器2、兩種改進(jìn)方案：(1)附加蒸汽壓力控制方案圖5.6附加蒸汽壓力控制方案把蒸汽壓力的干擾克服在入塔前，提高了溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)，但需增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥，且增加了蒸汽管路的壓力損失，經(jīng)濟(jì)上不合理。1/6/20239過(guò)程控制2、兩種改進(jìn)方案：(1)附加蒸汽壓力控制方案圖5.6(2)串級(jí)控制方案（好）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－圖5.8提餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)QC2QC1優(yōu)點(diǎn)：有效地克服蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)溫度θ的影響。θC2控制流量穩(wěn)定，θC1控制溫度穩(wěn)定。1/6/202310過(guò)程控制(2)串級(jí)控制方案（好）主調(diào)調(diào)節(jié)蒸汽管再沸塔底溫度測(cè)量D2通用的串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象主變送器二次擾動(dòng)一次擾動(dòng)副調(diào)節(jié)器副變送器－－主參數(shù)設(shè)定主參數(shù)副參數(shù)副回路1)在結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)由兩個(gè)閉環(huán)組成．副回路起“粗調(diào)”作用，主回路起“細(xì)調(diào)”作用。2)每個(gè)閉環(huán)都有各自的調(diào)節(jié)對(duì)象，調(diào)節(jié)器和變送器3)調(diào)節(jié)閥由副調(diào)節(jié)器直接控制隨動(dòng)控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)

主回路1/6/202311過(guò)程控制通用的串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)調(diào)節(jié)副對(duì)象主對(duì)象主變送器二次擾動(dòng)一次擾①主、副回路在外面的閉合回路稱為主回路(主環(huán))，在里面的閉合回路稱為副回路(副環(huán))。②主、副控制器處于主回路中的控制器稱為主控制器；于副回路中的控制器稱為副控制器。③主、副變量主回路的被控變量稱為主被控變量，也稱為主變量或主參數(shù)；副回路的被控變量稱為副被控變量，也稱為副變量或副參數(shù)串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202312過(guò)程控制①主、副回路串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202312過(guò)程控④主、副對(duì)象主回路所包括的對(duì)象稱為主對(duì)象；副回路所包括的對(duì)象稱為副對(duì)象。⑤主、副變送器檢測(cè)和變送主變量的稱為主檢測(cè)變送器；檢測(cè)和變送副變量的稱為副檢測(cè)變送器。⑥一、二次干擾進(jìn)入主回路的干擾稱為一次干擾；進(jìn)入副回路的干擾稱為二次干擾。串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202313過(guò)程控制④主、副對(duì)象串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202313過(guò)程控串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖Gp2’(s)1/6/202314過(guò)程控制串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖Gp2’(s)1/6/202314過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202315過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202315過(guò)程控§5-2串級(jí)控制系統(tǒng)的分析及特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖Gc1(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm1(s)Gc2(s)Gm2(s)－－R1(S)Y1(s)R2(S)Y2(s)Gd2(s)D2(s)Gp2’(s)1/6/202316過(guò)程控制§5-2串級(jí)控制系統(tǒng)的分析及特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖G串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202317過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202317過(guò)程控串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）副回路（內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響；由于而對(duì)于動(dòng)態(tài)滯后較小的副回路，有1/6/202318過(guò)程控制串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）副回路（內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，由（2）由于內(nèi)環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，因此可以加大主調(diào)節(jié)器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率。設(shè)副回路中各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為1＋KC2KVKP2Km2>1TP2’<TP2等效對(duì)象的時(shí)間常數(shù)縮小了，加快了副環(huán)的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的工作頻率。1/6/202319過(guò)程控制（2）由于內(nèi)環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，因此可以加大主調(diào)節(jié)（3）對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力對(duì)于內(nèi)環(huán)等效對(duì)象的增益當(dāng)結(jié)論：當(dāng)副回路增益足夠大時(shí)，使主回路的特性基本上和副對(duì)象、調(diào)節(jié)閥的增益無(wú)關(guān)（系統(tǒng)的“魯棒性”強(qiáng)）。1/6/202320過(guò)程控制（3）對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力對(duì)于內(nèi)環(huán)等效串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng).其中主回路是定值控制，副回路是隨動(dòng)控制．2)副回路的引入，大大克服了二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被調(diào)量的影響3)副回路的引入,提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使其快速性得到了提高．4)串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力．串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。1/6/202321過(guò)程控制串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,它是由兩個(gè)串接工作的§5-3串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個(gè)問(wèn)題考慮的問(wèn)題:副回路的設(shè)計(jì),副參數(shù)的選擇.主副回路之間的關(guān)系,兩個(gè)調(diào)節(jié)器可能產(chǎn)生的問(wèn)題.一副回路的設(shè)計(jì)副回路的設(shè)計(jì)主要是如何選擇副參數(shù)．其設(shè)計(jì)原則為：副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含于副回路中。1/6/202322過(guò)程控制§5-3串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個(gè)問(wèn)題考慮的問(wèn)題:副選擇夾套溫度作為副參數(shù),可迅速反映冷水側(cè)的干擾，然后加以克服。主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽溫度測(cè)量D2D1θ1r副調(diào)節(jié)器溫度測(cè)量θ2rθ2θ1－－1、反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例1/6/202323過(guò)程控制選擇夾套溫度作為副參數(shù),可迅速反映冷水側(cè)的干擾，然后加以克服精餾塔提餾段溫度控制的不同串級(jí)方案串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例2、副回路的快速性與副回路所能包括的擾動(dòng)范圍之間的矛盾1/6/202324過(guò)程控制精餾塔提餾段溫度控制的不同串級(jí)方案串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例2（1）副參數(shù)為加熱蒸汽（作用線1）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－控制方案1方框圖分析：可保持加熱量穩(wěn)定，它只能快速消除因蒸汽汽源壓力或冷凝壓力變化引起的擾動(dòng)。由于蒸汽流量對(duì)象的滯后非常小，當(dāng)用流量作副變量時(shí)，并不能使串級(jí)系統(tǒng)的頻率有多少提高，對(duì)克服其它擾動(dòng)不明顯。1/6/202325過(guò)程控制（1）副參數(shù)為加熱蒸汽（作用線1）主調(diào)調(diào)節(jié)蒸汽管再沸塔底溫度主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－控制方案2方框圖P（2）副參數(shù)為調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力（作用線2）：分析：把加熱蒸汽側(cè)的擾動(dòng)完全包括在副環(huán)之內(nèi)，與1相比，副環(huán)中包括了更大的時(shí)間常數(shù)，有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能。1/6/202326過(guò)程控制主調(diào)調(diào)節(jié)蒸汽管再沸塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)流量測(cè)量Qr（3）副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量（作用線3）：把再沸器側(cè)的擾動(dòng)包括在副環(huán)內(nèi)（再沸器液位、塔釜溫度等），有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能，但副環(huán)克服蒸汽方面的擾動(dòng)要慢些。1/6/202327過(guò)程控制（3）副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量（作用線3）：1/6/20232二、主,副回路工作頻率的選擇目的：避免副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，避免產(chǎn)生串級(jí)共振現(xiàn)象.共振現(xiàn)象：如果主回路的工作頻率接近副回路的諧振頻率，則副回路將呈現(xiàn)出很高的增益和較大的相位滯后，這時(shí)反過(guò)來(lái)將嚴(yán)重影響主回路的穩(wěn)定性，從而使主副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間地大幅度地波動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)論：一般?。篢d1為主回路時(shí)間常數(shù)，Td2為副回路時(shí)間常數(shù)1/6/202328過(guò)程控制二、主,副回路工作頻率的選擇目的：避免副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，避三、防止調(diào)節(jié)器積分飽和的措施1、若副調(diào)節(jié)器是P作用，主調(diào)節(jié)器是PI或PID作用時(shí)，抗積分飽和措施與單回路系統(tǒng)相同。2、若主副調(diào)節(jié)器均有積分作用，積分飽和比單回路系統(tǒng)更嚴(yán)重。措施：根據(jù)副回路的偏差來(lái)防止主調(diào)節(jié)器積分飽和的方案。1/6/202329過(guò)程控制三、防止調(diào)節(jié)器積分飽和的措施1/6/202329過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇1)根據(jù)工藝安全要求，選擇調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式2)將副回路當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的閉回路，按照使副環(huán)形成一個(gè)負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的正反作用方式3)將整個(gè)副回路當(dāng)作主回路的一個(gè)環(huán)節(jié),其作用方式總為正.再來(lái)確定主調(diào)節(jié)器的作用方式.y主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象主變送器r副調(diào)節(jié)器副變送器－－總為1/6/202330過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇1)根據(jù)工藝安全要求，選§5-4調(diào)節(jié)器的選型和整定方法副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器常選擇P或PI控制律

原因：消除副回路內(nèi)的二次擾動(dòng)，快速性，不要求無(wú)差一般選P調(diào)節(jié)器，當(dāng)主副環(huán)頻率相差很大，可選PI調(diào)節(jié)器。一、主副控制器的控制規(guī)律選擇主調(diào)節(jié)器：一般采用PI或PID控制規(guī)律原因：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對(duì)于主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積分作用（除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可加入通常大小的微分作用。1/6/202331過(guò)程控制§5-4調(diào)節(jié)器的選型和整定方法副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器常選擇P或P二、串級(jí)控制系統(tǒng)的整定1、逐步逼近法(比較費(fèi)時(shí))它是一種依次整定主環(huán)，副環(huán)，然后循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主，副環(huán)的最佳整定的一種方法．其步驟為：①首先整定副環(huán).

斷開主環(huán),按單回路整定副環(huán),求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù).②整定主環(huán)．整定好的副環(huán)作為主環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路方法整定主環(huán)，得到主調(diào)節(jié)器整定參數(shù)．③再次整定副環(huán)。在主調(diào)節(jié)器已經(jīng)整定一次的條件下,按單回路整定方法,重新求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù).此時(shí)主副回路都已經(jīng)閉合．④重新整定主環(huán)．在兩個(gè)環(huán)都閉合，副調(diào)節(jié)器第二次整定情況下重新整定主調(diào)節(jié)器．⑤如果調(diào)節(jié)過(guò)程還未達(dá)到品質(zhì)要求，按③④步繼續(xù)進(jìn)行，直到控制效果滿意為止．如果在第③步甚至第②步就已經(jīng)滿足品質(zhì)要求，整定無(wú)需繼續(xù)進(jìn)行．1/6/202332過(guò)程控制二、串級(jí)控制系統(tǒng)的整定1、逐步逼近法(比較費(fèi)時(shí))它是一種2、兩步整定法先整定副環(huán)，再整定主環(huán)．具體步驟為：（1）先整定副環(huán)。主副環(huán)均閉合，得副調(diào)節(jié)器的衰減率為0.75時(shí)的比例帶δ2S和振蕩周期T20（2）整定主環(huán)。主副環(huán)仍閉合，副調(diào)節(jié)器置于δ2S，得主調(diào)節(jié)器在衰減率為0.75時(shí)的比例帶δ1S和振蕩周期T10（3）由衰減曲線法的計(jì)算公式，查表求出各調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。1/6/202333過(guò)程控制2、兩步整定法先整定副環(huán)，再整定主環(huán)．具體步驟為：1/6/§5-5比值控制系統(tǒng)定義:用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或以上物料之間保持一定比值關(guān)系的過(guò)程控制系統(tǒng)

.主物料-----處于主導(dǎo)地位的物料，表征該物料的參數(shù)為主動(dòng)量F1(主流量)從物料-----隨主物料的變化呈比例變化的另一種物料表征該物料的參數(shù)從動(dòng)量F2(副流量)流量比值副流量主流量流量比值----副流量與主流量的比值K主物料和從物料:1/6/202334過(guò)程控制§5-5比值控制系統(tǒng)定義:用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或以上物料之間保持例5-6合成塔比值控制系統(tǒng)工藝要求：A,B兩種物料的流量保持一定比例，物料B的流量QB不可控．兩種流量的比值通過(guò)設(shè)定比值器R實(shí)現(xiàn)壓差變送器比值器決定流量比值調(diào)節(jié)器給定值IB*:主流量的K倍實(shí)現(xiàn)目標(biāo):副流量隨主流量而變化,其流量是主流量的K倍．1/6/202335過(guò)程控制例5-6合成塔比值控制系統(tǒng)工藝要求：A,B兩種物料QB--主流量(不可控)QA—副流量(被控量)變送器比值器R調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥管路變送器QBIBIB*QAIA－合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖主流量副流量實(shí)現(xiàn)K倍調(diào)節(jié)副流量合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖1/6/202336過(guò)程控制QB--主流量(不可控)QA—副流量(被控量)變送器比一比值系數(shù)的計(jì)算工藝要求兩個(gè)物料流量之比為K＝QA/QB,可通過(guò)設(shè)置比值器的輸出輸入信號(hào)之比來(lái)實(shí)現(xiàn).即比值系數(shù)α．壓差變送器比值器實(shí)現(xiàn)流量比K1/6/202337過(guò)程控制一比值系數(shù)的計(jì)算工藝要求兩個(gè)物料流量之比為K＝QA/Q線性環(huán)節(jié)的增益:K=輸出范圍/輸入范圍=輸出增量／輸入增量溫度變送器量程為0~100℃,為DDZ-III型儀表，則其增益(轉(zhuǎn)換系數(shù))為K=(20-4)/(100-0)=0.16mA/℃比值系數(shù)α＝比值器R輸出增量／比值器R輸入增量輸入輸出儀表類型：DDZ-II:0~10mADDZ-III,DDZ-S:4~20mA1/6/202338過(guò)程控制線性環(huán)節(jié)的增益:K=輸出范圍/輸入范圍=輸出增量／輸入增壓差變送器DT將壓差信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)．采用DDZ-III型．有增量對(duì)于節(jié)流元件，壓差與流量的平方成正比，則KA,KB-----節(jié)流元件放大系數(shù)1.流量與測(cè)量信號(hào)之間是非線性關(guān)系1/6/202339過(guò)程控制壓差變送器DT將壓差信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)．采用DDZ-IIB物料的流量信號(hào)IB經(jīng)比值器R后變?yōu)镮B*,為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，穩(wěn)定后與實(shí)際值IA相等，即IB*=IA,則比值系數(shù)α為雖然流量與其測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系，但是比值系數(shù)卻是常數(shù)．壓差變送器比值器實(shí)現(xiàn)流量比K1/6/202340過(guò)程控制B物料的流量信號(hào)IB經(jīng)比值器R后變?yōu)镮B*,為調(diào)節(jié)器的設(shè)定2)流量與其測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系在有些系統(tǒng)中,在變送器后加上開方器,使流量與測(cè)量信號(hào)間不再是非線性關(guān)系開方器比值器1/6/202341過(guò)程控制2)流量與其測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系在有些系統(tǒng)中,在變送結(jié)論：①流量比值K與比值系數(shù)α是兩個(gè)不同的概念．②比值系數(shù)α的大小與流量比K,最大流量有關(guān)．③線性測(cè)量與非線性測(cè)量情況下比值系數(shù)關(guān)系：α非=(α線)2

3)主流量與副流量的選擇①主要物料作為主流量,其他物料為副流量.以副流量的變化跟隨主流量的變化.如果兩種物料中,一種是可控的,另一種是不可控的,選不可控物料為主流量,可控物料為副流量．②如果兩種物料中一種供應(yīng)不成問(wèn)題,另一種可能出現(xiàn)供應(yīng)不足,應(yīng)選可能供應(yīng)不足的物料為主流量.1/6/202342過(guò)程控制結(jié)論：3)主流量與副流量的選擇①主要物料作為主流量,其二比值系統(tǒng)中的非線性特性非線性:系統(tǒng)的靜態(tài)增益不是一個(gè)定值而是隨負(fù)荷變化的.比值系數(shù)與負(fù)荷無(wú)關(guān):由比值系數(shù)的計(jì)算可得結(jié)論,在流量和其測(cè)量信號(hào)之間呈線性或非線性關(guān)系兩種情況下,比值系數(shù)均為常數(shù),與負(fù)荷大小無(wú)關(guān).

即負(fù)荷變化時(shí)有無(wú)開方器對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)比值無(wú)影響.壓差變送器比值器流量測(cè)量中的非線性對(duì)系統(tǒng)的影響1/6/202343過(guò)程控制二比值系統(tǒng)中的非線性特性非線性:系統(tǒng)的靜態(tài)增益不是一個(gè)定值為了保持系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，需要使系統(tǒng)的總增益接近常數(shù)．在變送器后加入開方器后，其增益為：加入開方器后，使進(jìn)入到比值器和調(diào)節(jié)器的表示流量的電流信號(hào)與流量的靜態(tài)增益為常數(shù)，消除了非線性影響．Kp對(duì)系統(tǒng)性能的影響：系統(tǒng)在較小負(fù)荷下整定好調(diào)節(jié)器參數(shù),可以保證一定控制品質(zhì).當(dāng)負(fù)荷增大時(shí),由于測(cè)量變送部分的靜態(tài)增益增加很多,而調(diào)節(jié)器參數(shù)未變，使控制品質(zhì)惡化．1/6/202344過(guò)程控制為了保持系統(tǒng)的性能穩(wěn)定，需要使系統(tǒng)的總增益接近常數(shù)．在變送器三比值系統(tǒng)的整定按單回路系統(tǒng)整定,需滿足要求:①要求系統(tǒng)響應(yīng)速度快,能對(duì)主流量的變化作出快速跟蹤②要求衰減率ψ較大,使被調(diào)量盡快穩(wěn)定,波動(dòng)小.整定過(guò)程1)將調(diào)節(jié)器QAC的積分時(shí)間TI設(shè)為最大,從大到小逐漸減小比例帶δ,直到被調(diào)流量在主流量階躍擾動(dòng)下的過(guò)渡過(guò)程處于振蕩與不振蕩的臨界情況．如右圖曲線b2)確定了比例帶后,逐步減小積分時(shí)間常數(shù)TI,直到被調(diào)量稍有一點(diǎn)過(guò)調(diào)．如曲線c1/6/202345過(guò)程控制三比值系統(tǒng)的整定按單回路系統(tǒng)整定,需滿足要求:①要求系四常見(jiàn)比值控制系統(tǒng)變送器比值器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥管路變送器QBIBIB*QAIA－

單環(huán)比值控制系統(tǒng)單環(huán)比值控制系統(tǒng):用一個(gè)調(diào)節(jié)器控制副流量,使它按比例跟隨主流量.特點(diǎn):控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單,能夠克服單環(huán)內(nèi)的各種干擾對(duì)比值系統(tǒng)的影響.不足之處:一般只用于負(fù)荷變化不大的場(chǎng)合.1、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)1/6/202346過(guò)程控制四常見(jiàn)比值控制系統(tǒng)變送器比值器調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥管路變送器QBI2.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)使用場(chǎng)合：在比值控制精度要求較高，主流量允許控制的情況下．特點(diǎn):增加了主流量控制回路,實(shí)現(xiàn)了主流量的定值控制,使主流量變化平穩(wěn).從而使與主流量成比例的副流量也能夠平穩(wěn).可通過(guò)改變主流量的設(shè)定值實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的變化．①控制系統(tǒng)由兩個(gè)閉環(huán)組成，主流量為定值控制，副流量為隨動(dòng)控制②兩個(gè)回路之間由比值器聯(lián)系③比值器接受主回路流量信號(hào)，輸出作為副流量回路的設(shè)定值．④對(duì)主流量進(jìn)行了定值控制，能夠使主流量波動(dòng)小，避免出現(xiàn)主流量波動(dòng)大，變化快而副流量難以跟隨的情況．DTQ1CRDTQ2CQ1Q2雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主流量控制副流量控制輸入為主流量信號(hào)Q2r1/6/202347過(guò)程控制2.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)使用場(chǎng)合：在比值控制精度要求較高，主Gc2(s)Gv2(s)管路2Gm2(s)Q2r—Q2RGc1(s)Gv1(s)管路1Gm1(s)Q1*—Q1雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖主流量控制回路副流量控制回路1/6/202348過(guò)程控制Gc2(s)Gv2(s)管路2Gm2(s)Q2r—Q2RGc3.變比值控制系統(tǒng)變換爐觸媒層溫度控制方案生產(chǎn)過(guò)程:CO+(5~8)H2OCO2+H2被調(diào)量:觸媒層溫度（它影響CO轉(zhuǎn)化率和觸媒壽命）操作量:水蒸氣流量控制方案:改變煤氣與水蒸氣流量比值來(lái)控制觸媒層溫度。變比值控制：主,副流量之比不是常數(shù)，而是根據(jù)另一個(gè)參數(shù)的變化來(lái)不斷修正。例5-7變換爐觸媒層溫度控制1/6/202349過(guò)程控制3.變比值控制系統(tǒng)變換爐觸媒層溫度控制方案生產(chǎn)過(guò)程:變換爐觸媒層溫度串級(jí)比值控制系統(tǒng)主流量：煤氣CO,生產(chǎn)中主要物料，不可改變副流量：H2O蒸汽,可改變．控制過(guò)程：通過(guò)改變兩種氣體流量比值r2*實(shí)現(xiàn)恒溫控制．

當(dāng)H2O不夠時(shí),r2<r2*,調(diào)節(jié)器將使閥們開度↑,H2O↑,r2↑,保持比值r2*恒定.當(dāng)實(shí)際溫度出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，r2*出現(xiàn)變化，改變兩種氣體流量比值，使溫度回到設(shè)定值．θ（觸媒層溫度）主調(diào)節(jié)器副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥對(duì)象除法器變送器變送器煤氣變送器θrr2*--r2r2=QH2O/QCOQ（蒸汽量）1/6/202350過(guò)程控制變換爐觸媒層溫度串級(jí)比值控制系統(tǒng)主流量：煤氣CO,生產(chǎn)中主作業(yè)（P183）：5.1，5.41/6/202351過(guò)程控制作業(yè)（P183）：1/6/202351過(guò)程控制

第五章串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)1/6/202352過(guò)程控制第五章串級(jí)控制系統(tǒng)與比值控制系統(tǒng)1/6/20231本章基本要求了解串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖表示法；結(jié)合控制原理，掌握串級(jí)系統(tǒng)的分析方法；了解串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則；掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法;了解串級(jí)控制系統(tǒng)的抗積分飽和措施。了解比值控制系統(tǒng)的幾種控制方案掌握比值系數(shù)的計(jì)算1/6/202353過(guò)程控制本章基本要求了解串級(jí)控制系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)；1/6/2023組成：一個(gè)調(diào)節(jié)器，一個(gè)控制閥，一個(gè)被控制對(duì)象，一個(gè)測(cè)量變送器Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s)

單回路控制系統(tǒng)方框圖1/6/202354過(guò)程控制組成：Gc(s)Gv(s)G(s)Gm(s)R(s)—Y(s定義:就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器的設(shè)定值，由副控制器的輸出去操縱控制閥，從而對(duì)主被控變量具有更好的控制效果。在多回路控制系統(tǒng)中,有兩個(gè)被控過(guò)程,兩套測(cè)量變送裝置,兩臺(tái)控制器和一個(gè)調(diào)節(jié)閥構(gòu)成的系統(tǒng)．§5-1串級(jí)控制系統(tǒng)的概念1/6/202355過(guò)程控制定義:就是采用兩個(gè)控制器串聯(lián)工作，主控制器的輸出作為副控制器

圖5.1反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)夾套槽壁例5-1連續(xù)槽反應(yīng)器溫度控制1)采用單回路控制分析：當(dāng)冷卻水方面發(fā)生擾動(dòng)，需相繼通過(guò)3個(gè)容積后，θ1才升高，調(diào)節(jié)器才動(dòng)作。物料方面擾動(dòng)D1:流量,入口溫度,化學(xué)成分冷卻水?dāng)_動(dòng)D2:入口溫度,閥前壓力圖5.2反應(yīng)器單回路控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽溫度測(cè)量D2D1θ1rθ1θ2－對(duì)象有三個(gè)熱容積：夾套、槽壁、槽中的物料。1/6/202356過(guò)程控制圖5.1反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)夾套槽壁例5-1連續(xù)槽反應(yīng)器溫2）采用串級(jí)控制特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器θC2通過(guò)調(diào)節(jié)冷卻劑量以克服冷卻水方面的擾動(dòng)；調(diào)節(jié)器θC1通過(guò)調(diào)節(jié)夾套內(nèi)水溫的設(shè)定值以保證反應(yīng)溫度維持在工藝所希望的某一給定值。1/6/202357過(guò)程控制2）采用串級(jí)控制特點(diǎn)：兩個(gè)調(diào)節(jié)器串在一起工作，調(diào)節(jié)器θC2θ1溫度測(cè)量主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽D2D1θ1rθ2副調(diào)節(jié)器溫度測(cè)量反應(yīng)器的溫度串級(jí)控制方框圖1/6/202358過(guò)程控制θ1溫度測(cè)量主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽D2D1θ1rθ2副例5-2精餾塔提餾段的溫度控制1、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路再沸器塔底溫度測(cè)量D2(蒸汽壓力)θrθD1Q被調(diào)量：提餾段溫度θ擾動(dòng)D2：加熱蒸汽壓力擾動(dòng)D1：加料方面的擾動(dòng)，如溫度、流量、組分等缺點(diǎn)：從調(diào)節(jié)閥動(dòng)作到溫度變化，需通過(guò)很多熱容積。調(diào)節(jié)滯后。1/6/202359過(guò)程控制例5-2精餾塔提餾段的溫度控制1、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)方案調(diào)節(jié)器2、兩種改進(jìn)方案：(1)附加蒸汽壓力控制方案圖5.6附加蒸汽壓力控制方案把蒸汽壓力的干擾克服在入塔前，提高了溫度調(diào)節(jié)品質(zhì)，但需增加一個(gè)調(diào)節(jié)閥，且增加了蒸汽管路的壓力損失，經(jīng)濟(jì)上不合理。1/6/202360過(guò)程控制2、兩種改進(jìn)方案：(1)附加蒸汽壓力控制方案圖5.6(2)串級(jí)控制方案（好）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－圖5.8提餾段溫度串級(jí)控制系統(tǒng)QC2QC1優(yōu)點(diǎn)：有效地克服蒸汽壓力波動(dòng)對(duì)溫度θ的影響。θC2控制流量穩(wěn)定，θC1控制溫度穩(wěn)定。1/6/202361過(guò)程控制(2)串級(jí)控制方案（好）主調(diào)調(diào)節(jié)蒸汽管再沸塔底溫度測(cè)量D2通用的串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象主變送器二次擾動(dòng)一次擾動(dòng)副調(diào)節(jié)器副變送器－－主參數(shù)設(shè)定主參數(shù)副參數(shù)副回路1)在結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)由兩個(gè)閉環(huán)組成．副回路起“粗調(diào)”作用，主回路起“細(xì)調(diào)”作用。2)每個(gè)閉環(huán)都有各自的調(diào)節(jié)對(duì)象，調(diào)節(jié)器和變送器3)調(diào)節(jié)閥由副調(diào)節(jié)器直接控制隨動(dòng)控制系統(tǒng)定值控制系統(tǒng)

主回路1/6/202362過(guò)程控制通用的串級(jí)控制系統(tǒng)主調(diào)調(diào)節(jié)副對(duì)象主對(duì)象主變送器二次擾動(dòng)一次擾①主、副回路在外面的閉合回路稱為主回路(主環(huán))，在里面的閉合回路稱為副回路(副環(huán))。②主、副控制器處于主回路中的控制器稱為主控制器；于副回路中的控制器稱為副控制器。③主、副變量主回路的被控變量稱為主被控變量，也稱為主變量或主參數(shù)；副回路的被控變量稱為副被控變量，也稱為副變量或副參數(shù)串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202363過(guò)程控制①主、副回路串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202312過(guò)程控④主、副對(duì)象主回路所包括的對(duì)象稱為主對(duì)象；副回路所包括的對(duì)象稱為副對(duì)象。⑤主、副變送器檢測(cè)和變送主變量的稱為主檢測(cè)變送器；檢測(cè)和變送副變量的稱為副檢測(cè)變送器。⑥一、二次干擾進(jìn)入主回路的干擾稱為一次干擾；進(jìn)入副回路的干擾稱為二次干擾。串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202364過(guò)程控制④主、副對(duì)象串級(jí)控制系統(tǒng)中的名詞：1/6/202313過(guò)程控串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖Gp2’(s)1/6/202365過(guò)程控制串級(jí)控制系統(tǒng)方塊圖Gp2’(s)1/6/202314過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202366過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202315過(guò)程控§5-2串級(jí)控制系統(tǒng)的分析及特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖Gc1(s)Gv(s)Gp2(s)Gp1(s)Gm1(s)Gc2(s)Gm2(s)－－R1(S)Y1(s)R2(S)Y2(s)Gd2(s)D2(s)Gp2’(s)1/6/202367過(guò)程控制§5-2串級(jí)控制系統(tǒng)的分析及特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖G串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202368過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)副環(huán)的等效性Gp2’(s)1/6/202317過(guò)程控串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）副回路（內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，它能有效地克服二次擾動(dòng)的影響；由于而對(duì)于動(dòng)態(tài)滯后較小的副回路，有1/6/202369過(guò)程控制串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)（1）副回路（內(nèi)環(huán)）具有快速調(diào)節(jié)作用，由（2）由于內(nèi)環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，因此可以加大主調(diào)節(jié)器的增益，提高系統(tǒng)的工作頻率。設(shè)副回路中各環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)為1＋KC2KVKP2Km2>1TP2’<TP2等效對(duì)象的時(shí)間常數(shù)縮小了，加快了副環(huán)的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的工作頻率。1/6/202370過(guò)程控制（2）由于內(nèi)環(huán)起了改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的作用，因此可以加大主調(diào)節(jié)（3）對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力對(duì)于內(nèi)環(huán)等效對(duì)象的增益當(dāng)結(jié)論：當(dāng)副回路增益足夠大時(shí)，使主回路的特性基本上和副對(duì)象、調(diào)節(jié)閥的增益無(wú)關(guān)（系統(tǒng)的“魯棒性”強(qiáng)）。1/6/202371過(guò)程控制（3）對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化具有一定的自適應(yīng)能力對(duì)于內(nèi)環(huán)等效串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,它是由兩個(gè)串接工作的控制器構(gòu)成的雙閉環(huán)控制系統(tǒng).其中主回路是定值控制，副回路是隨動(dòng)控制．2)副回路的引入，大大克服了二次擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被調(diào)量的影響3)副回路的引入,提高了整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使其快速性得到了提高．4)串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化有一定的自適應(yīng)能力．串級(jí)控制系統(tǒng)主要應(yīng)用于：對(duì)象的滯后和時(shí)間常數(shù)很大、干擾作用強(qiáng)而頻繁、負(fù)荷變化大、對(duì)控制質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合。1/6/202372過(guò)程控制串級(jí)控制特點(diǎn)總結(jié)：1)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,它是由兩個(gè)串接工作的§5-3串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個(gè)問(wèn)題考慮的問(wèn)題:副回路的設(shè)計(jì),副參數(shù)的選擇.主副回路之間的關(guān)系,兩個(gè)調(diào)節(jié)器可能產(chǎn)生的問(wèn)題.一副回路的設(shè)計(jì)副回路的設(shè)計(jì)主要是如何選擇副參數(shù)．其設(shè)計(jì)原則為：副參數(shù)的選擇應(yīng)使副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)比主對(duì)象的時(shí)間常數(shù)小，調(diào)節(jié)通道短，反應(yīng)靈敏；副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾；盡可能將帶有非線性或時(shí)變特性的環(huán)節(jié)包含于副回路中。1/6/202373過(guò)程控制§5-3串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施中的幾個(gè)問(wèn)題考慮的問(wèn)題:副選擇夾套溫度作為副參數(shù),可迅速反映冷水側(cè)的干擾，然后加以克服。主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥夾套槽壁反應(yīng)槽溫度測(cè)量D2D1θ1r副調(diào)節(jié)器溫度測(cè)量θ2rθ2θ1－－1、反應(yīng)器溫度控制系統(tǒng)串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例1/6/202374過(guò)程控制選擇夾套溫度作為副參數(shù),可迅速反映冷水側(cè)的干擾，然后加以克服精餾塔提餾段溫度控制的不同串級(jí)方案串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例2、副回路的快速性與副回路所能包括的擾動(dòng)范圍之間的矛盾1/6/202375過(guò)程控制精餾塔提餾段溫度控制的不同串級(jí)方案串級(jí)系統(tǒng)副參數(shù)的選擇舉例2（1）副參數(shù)為加熱蒸汽（作用線1）主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－控制方案1方框圖分析：可保持加熱量穩(wěn)定，它只能快速消除因蒸汽汽源壓力或冷凝壓力變化引起的擾動(dòng)。由于蒸汽流量對(duì)象的滯后非常小，當(dāng)用流量作副變量時(shí)，并不能使串級(jí)系統(tǒng)的頻率有多少提高，對(duì)克服其它擾動(dòng)不明顯。1/6/202376過(guò)程控制（1）副參數(shù)為加熱蒸汽（作用線1）主調(diào)調(diào)節(jié)蒸汽管再沸塔底溫度主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥蒸汽管路系統(tǒng)再沸器塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)節(jié)器流量測(cè)量QrQ－－控制方案2方框圖P（2）副參數(shù)為調(diào)節(jié)閥后的蒸汽壓力（作用線2）：分析：把加熱蒸汽側(cè)的擾動(dòng)完全包括在副環(huán)之內(nèi)，與1相比，副環(huán)中包括了更大的時(shí)間常數(shù)，有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能。1/6/202377過(guò)程控制主調(diào)調(diào)節(jié)蒸汽管再沸塔底溫度測(cè)量D2θrθD1副調(diào)流量測(cè)量Qr（3）副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量（作用線3）：把再沸器側(cè)的擾動(dòng)包括在副環(huán)內(nèi)（再沸器液位、塔釜溫度等），有助于改善主環(huán)的調(diào)節(jié)性能，但副環(huán)克服蒸汽方面的擾動(dòng)要慢些。1/6/202378過(guò)程控制（3）副參數(shù)為再沸器的蒸發(fā)量（作用線3）：1/6/20232二、主,副回路工作頻率的選擇目的：避免副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，避免產(chǎn)生串級(jí)共振現(xiàn)象.共振現(xiàn)象：如果主回路的工作頻率接近副回路的諧振頻率，則副回路將呈現(xiàn)出很高的增益和較大的相位滯后，這時(shí)反過(guò)來(lái)將嚴(yán)重影響主回路的穩(wěn)定性，從而使主副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間地大幅度地波動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)論：一般?。篢d1為主回路時(shí)間常數(shù)，Td2為副回路時(shí)間常數(shù)1/6/202379過(guò)程控制二、主,副回路工作頻率的選擇目的：避免副環(huán)進(jìn)入高增益區(qū)，避三、防止調(diào)節(jié)器積分飽和的措施1、若副調(diào)節(jié)器是P作用，主調(diào)節(jié)器是PI或PID作用時(shí)，抗積分飽和措施與單回路系統(tǒng)相同。2、若主副調(diào)節(jié)器均有積分作用，積分飽和比單回路系統(tǒng)更嚴(yán)重。措施：根據(jù)副回路的偏差來(lái)防止主調(diào)節(jié)器積分飽和的方案。1/6/202380過(guò)程控制三、防止調(diào)節(jié)器積分飽和的措施1/6/202329過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇1)根據(jù)工藝安全要求，選擇調(diào)節(jié)閥的氣開，氣關(guān)形式2)將副回路當(dāng)作一個(gè)獨(dú)立的閉回路，按照使副環(huán)形成一個(gè)負(fù)反饋的原則確定副調(diào)節(jié)器的正反作用方式3)將整個(gè)副回路當(dāng)作主回路的一個(gè)環(huán)節(jié),其作用方式總為正.再來(lái)確定主調(diào)節(jié)器的作用方式.y主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥副對(duì)象主對(duì)象主變送器r副調(diào)節(jié)器副變送器－－總為1/6/202381過(guò)程控制串級(jí)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器正反作用方式的選擇1)根據(jù)工藝安全要求，選§5-4調(diào)節(jié)器的選型和整定方法副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器常選擇P或PI控制律

原因：消除副回路內(nèi)的二次擾動(dòng)，快速性，不要求無(wú)差一般選P調(diào)節(jié)器，當(dāng)主副環(huán)頻率相差很大，可選PI調(diào)節(jié)器。一、主副控制器的控制規(guī)律選擇主調(diào)節(jié)器：一般采用PI或PID控制規(guī)律原因：主回路的任務(wù)是滿足主參數(shù)的定值控制要求。因而對(duì)于主參數(shù)為溫度的串級(jí)系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器必須加入較強(qiáng)的積分作用（除主參數(shù)為液位的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)以外）。當(dāng)主對(duì)象的調(diào)節(jié)滯后較大，而主參數(shù)變化較平緩時(shí)，可加入通常大小的微分作用。1/6/202382過(guò)程控制§5-4調(diào)節(jié)器的選型和整定方法副調(diào)節(jié)器：副調(diào)節(jié)器常選擇P或P二、串級(jí)控制系統(tǒng)的整定1、逐步逼近法(比較費(fèi)時(shí))它是一種依次整定主環(huán)，副環(huán)，然后循環(huán)進(jìn)行，逐步接近主，副環(huán)的最佳整定的一種方法．其步驟為：①首先整定副環(huán).

斷開主環(huán),按單回路整定副環(huán),求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù).②整定主環(huán)．整定好的副環(huán)作為主環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，按單回路方法整定主環(huán)，得到主調(diào)節(jié)器整定參數(shù)．③再次整定副環(huán)。在主調(diào)節(jié)器已經(jīng)整定一次的條件下,按單回路整定方法,重新求取副調(diào)節(jié)器的整定參數(shù).此時(shí)主副回路都已經(jīng)閉合．④重新整定主環(huán)．在兩個(gè)環(huán)都閉合，副調(diào)節(jié)器第二次整定情況下重新整定主調(diào)節(jié)器．⑤如果調(diào)節(jié)過(guò)程還未達(dá)到品質(zhì)要求，按③④步繼續(xù)進(jìn)行，直到控制效果滿意為止．如果在第③步甚至第②步就已經(jīng)滿足品質(zhì)要求，整定無(wú)需繼續(xù)進(jìn)行．1/6/202383過(guò)程控制二、串級(jí)控制系統(tǒng)的整定1、逐步逼近法(比較費(fèi)時(shí))它是一種2、兩步整定法先整定副環(huán)，再整定主環(huán)．具體步驟為：（1）先整定副環(huán)。主副環(huán)均閉合，得副調(diào)節(jié)器的衰減率為0.75時(shí)的比例帶δ2S和振蕩周期T20（2）整定主環(huán)。主副環(huán)仍閉合，副調(diào)節(jié)器置于δ2S，得主調(diào)節(jié)器在衰減率為0.75時(shí)的比例帶δ1S和振蕩周期T10（3）由衰減曲線法的計(jì)算公式，查表求出各調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。1/6/202384過(guò)程控制2、兩步整定法先整定副環(huán)，再整定主環(huán)．具體步驟為：1/6/§5-5比值控制系統(tǒng)定義:用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或以上物料之間保持一定比值關(guān)系的過(guò)程控制系統(tǒng)

.主物料-----處于主導(dǎo)地位的物料，表征該物料的參數(shù)為主動(dòng)量F1(主流量)從物料-----隨主物料的變化呈比例變化的另一種物料表征該物料的參數(shù)從動(dòng)量F2(副流量)流量比值副流量主流量流量比值----副流量與主流量的比值K主物料和從物料:1/6/202385過(guò)程控制§5-5比值控制系統(tǒng)定義:用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或以上物料之間保持例5-6合成塔比值控制系統(tǒng)工藝要求：A,B兩種物料的流量保持一定比例，物料B的流量QB不可控．兩種流量的比值通過(guò)設(shè)定比值器R實(shí)現(xiàn)壓差變送器比值器決定流量比值調(diào)節(jié)器給定值IB*:主流量的K倍實(shí)現(xiàn)目標(biāo):副流量隨主流量而變化,其流量是主流量的K倍．1/6/202386過(guò)程控制例5-6合成塔比值控制系統(tǒng)工藝要求：A,B兩種物料QB--主流量(不可控)QA—副流量(被控量)變送器比值器R調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥管路變送器QBIBIB*QAIA－合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖主流量副流量實(shí)現(xiàn)K倍調(diào)節(jié)副流量合成爐比值控制系統(tǒng)方框圖1/6/202387過(guò)程控制QB--主流量(不可控)QA—副流量(被控量)變送器比一比值系數(shù)的計(jì)算工藝要求兩個(gè)物料流量之比為K＝QA/QB,可通過(guò)設(shè)置比值器的輸出輸入信號(hào)之比來(lái)實(shí)現(xiàn).即比值系數(shù)α．壓差變送器比值器實(shí)現(xiàn)流量比K1/6/202388過(guò)程控制一比值系數(shù)的計(jì)算工藝要求兩個(gè)物料流量之比為K＝QA/Q線性環(huán)節(jié)的增益:K=輸出范圍/輸入范圍=輸出增量／輸入增量溫度變送器量程為0~100℃,為DDZ-III型儀表，則其增益(轉(zhuǎn)換系數(shù))為K=(20-4)/(100-0)=0.16mA/℃比值系數(shù)α＝比值器R輸出增量／比值器R輸入增量輸入輸出儀表類型：DDZ-II:0~10mADDZ-III,DDZ-S:4~20mA1/6/202389過(guò)程控制線性環(huán)節(jié)的增益:K=輸出范圍/輸入范圍=輸出增量／輸入增壓差變送器DT將壓差信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)．采用DDZ-III型．有增量對(duì)于節(jié)流元件，壓差與流量的平方成正比，則KA,KB-----節(jié)流元件放大系數(shù)1.流量與測(cè)量信號(hào)之間是非線性關(guān)系1/6/202390過(guò)程控制壓差變送器DT將壓差信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為電信號(hào)．采用DDZ-IIB物料的流量信號(hào)IB經(jīng)比值器R后變?yōu)镮B*,為調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，穩(wěn)定后與實(shí)際值IA相等，即IB*=IA,則比值系數(shù)α為雖然流量與其測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系，但是比值系數(shù)卻是常數(shù)．壓差變送器比值器實(shí)現(xiàn)流量比K1/6/202391過(guò)程控制B物料的流量信號(hào)IB經(jīng)比值器R后變?yōu)镮B*,為調(diào)節(jié)器的設(shè)定2)流量與其測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系在有些系統(tǒng)中,在變送器后加上開方器,使流量與測(cè)量信號(hào)間不再是非線性關(guān)系開方器比值器1/6/202392過(guò)程控制2)流量與其測(cè)量信號(hào)之間呈線性關(guān)系在有些系統(tǒng)中,在變送結(jié)論：①流量比值K與比值系數(shù)α是兩個(gè)不同的概念．②比值系數(shù)α的大小與流量比K,最大流量有關(guān)．③線性測(cè)量與非線性測(cè)量情況下比值系數(shù)關(guān)系：α非=(α線)2

3)主流量與副流量的選擇①主要物料作為主流量,其他物料為副流量.以副流量的變化跟隨主流量的變化.如果兩種物料中,一種是可控的,另一種是不可控的,選不可控物料為主流量,可控物料為副流量．②如果兩種物料中一種供應(yīng)不成問(wèn)題,另一種可能出現(xiàn)供應(yīng)不足,應(yīng)選可能供應(yīng)不足的物料為主流量.1/6/202393過(guò)程控制結(jié)論：3)主流量與副流量的選擇①主要物料作為主流量,其二比值系統(tǒng)中的非線性特性非線性:系統(tǒng)的靜態(tài)增益不是一個(gè)定值而是隨負(fù)荷變化的.比值系數(shù)與負(fù)荷無(wú)關(guān):由比值系數(shù)的計(jì)算可得結(jié)論,在流量和其測(cè)量信號(hào)之間呈線性或非線性關(guān)系兩種情況下,比值系數(shù)均為常數(shù),與負(fù)荷大小無(wú)關(guān).

即負(fù)荷變化時(shí)有無(wú)開