復(fù)雜控制系統(tǒng)

復(fù)雜控制系統(tǒng)內(nèi)容提要串級(jí)控制系統(tǒng)概述串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇控制器參數(shù)的工程整定均勻控制系統(tǒng)均勻控制的目的均勻控制方案11/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)內(nèi)容提要比值控制系統(tǒng)概述比值控制系統(tǒng)的類型前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)前饋控制系統(tǒng)的主要形式前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合21/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)內(nèi)容提要取代控制系統(tǒng)基本概念取代控制系統(tǒng)的類型積分飽和及其防止分程控制系統(tǒng)概述分程控制的應(yīng)用場(chǎng)合分程控制的幾個(gè)問題多沖量控制系統(tǒng)31/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)概述4根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和所擔(dān)負(fù)的任務(wù)復(fù)雜控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)

均勻控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)

前饋控制系統(tǒng)取代控制系統(tǒng)

多沖量控制系統(tǒng)1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)一、概述5

當(dāng)對(duì)象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時(shí)，可考慮采用串級(jí)控制系統(tǒng)。舉例說明串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理圖13-1管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)

可延長爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞；可保證后面精餾分離的質(zhì)量?？刂坪脺囟?/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，特別是當(dāng)加熱爐的燃料壓力或燃料本身的熱值有較大波動(dòng)時(shí)，該簡單控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量往往很差，原料油的出口溫度波動(dòng)較大，難以滿足生產(chǎn)上的要求。

根據(jù)原油出口溫度的變化來控制燃料閥門的開度

61/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)7

當(dāng)燃料壓力或燃料本身的熱值變化后，先影響爐膛的溫度，然后通過傳熱過程才能逐漸影響原料油的出口溫度，這個(gè)通道容量滯后很大，時(shí)間常數(shù)約15min左右，反應(yīng)緩慢，而溫度控制器TC是根據(jù)原料油的出口溫度與給定值的偏差工作的。所以當(dāng)干擾作用在對(duì)象上后，并不能較快地產(chǎn)生控制作用以克服干擾被控變量的影響。當(dāng)工藝上要求原料油的出口溫度非常嚴(yán)格時(shí)，為了解決容量滯后問題，還需對(duì)加熱爐的工藝作進(jìn)一步分析。存在的問題1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)8以原料油出口溫度為主要被控變量的爐出口溫度與爐膛溫度的串級(jí)控制系統(tǒng)

圖13-2管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)解決方案1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)圖13-3管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方塊圖91/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

在上述控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)控制器T1C和T2C，接收來自對(duì)象不同部位的測(cè)量信號(hào)θ1和θ2。T1C的輸出作為T2C的給定值，而后者的輸出去控制執(zhí)行器以改變操縱變量。從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，這兩個(gè)控制器是串接工作的。幾個(gè)串級(jí)控制系統(tǒng)中常用的名詞

主變量工藝控制指標(biāo)，在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的被控變量。101/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)11主對(duì)象為主變量表征其特性的生產(chǎn)設(shè)備。副對(duì)象為副變量表征其特性的工藝生產(chǎn)設(shè)備。主控制器按主變量的測(cè)量值與給定值而工作，其輸出作為副變量給定值的那個(gè)控制器。副變量串級(jí)控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主變量或因某種需要而引入的輔助變量。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)主回路由主變量的測(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。副回路由副變量的測(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。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那個(gè)控制器。副控制器121/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)13圖13-4串級(jí)控制系統(tǒng)典型方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)二、串級(jí)控制系統(tǒng)的工作過程14

以管式加熱爐為例，來說明串級(jí)控制系統(tǒng)是如何有效地克服滯后提高控制質(zhì)量的。假定執(zhí)行器采用氣開形式，斷氣時(shí)關(guān)閉控制閥，以防止?fàn)t管燒壞而釀成事故，溫度控制器T1C和T2C都采用反作用方向。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)1.干擾進(jìn)入副回路F2引起θ2變化，控制器T2C及時(shí)進(jìn)行控制，使其很快穩(wěn)定下來如果干擾量小，經(jīng)過副回路控制后，F(xiàn)2一般影響不到溫度θ1；如果干擾量大，其大部分影響為副回路所克服，波及到被控變量溫度θ1再由主回路進(jìn)一步控制，徹底消除干擾的影響，使被控變量回復(fù)到給定值。151/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

由于副回路控制通道短，時(shí)間常數(shù)小，所以當(dāng)干擾進(jìn)入回路時(shí)，可以獲得比單回路控制系統(tǒng)超前的控制作用，有效地克服燃料油壓力或熱值變化對(duì)原料油出口溫度的影響，從而大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)161/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)172.干擾作用于主對(duì)象F1變化→θ1↑→T1C輸出↓→T2C設(shè)定值↓→T2C輸出↓→恢復(fù)給定值

所以，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，如果干擾作用于主對(duì)象，由于副回路的存在，可以及時(shí)改變副變量的數(shù)值，以達(dá)到穩(wěn)定主變量的目的。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)3.干擾同時(shí)作用于副回路和主對(duì)象在干擾作用下，主、副變量的變化方向相同。181/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于引入一個(gè)閉合的副回路，不僅能迅速克服作用于副回路的干擾，而且對(duì)作用于主對(duì)象上的干擾也能加速克服過程。副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路具有后調(diào)、細(xì)調(diào)、慢調(diào)的特點(diǎn)，并對(duì)于副回路沒有完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。因此，在串級(jí)控制系統(tǒng)中，由于主、副回路相互配合、相互補(bǔ)充，充分發(fā)揮了控制作用，大大提高了控制質(zhì)量。小結(jié)191/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)三、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)20（1）在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：主回路和副回路；有兩個(gè)控制器；主控制器和副控制器；有兩個(gè)測(cè)量變送器，分別測(cè)量主變量和副變量。在串級(jí)控制系統(tǒng)中，主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng)，而副回路是個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

（2）在串級(jí)控制系統(tǒng)中，有兩個(gè)變量：主變量和副變量。主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝變量。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)適用范圍：當(dāng)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，簡單控制系統(tǒng)滿足不了控制質(zhì)量的要求時(shí)，采用串級(jí)控制系統(tǒng)是適宜的。（4）串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副回路，因此具有一定的自適應(yīng)能力，可用于負(fù)荷和操作條件有較大變化的場(chǎng)合。（3）在系統(tǒng)特性上，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對(duì)象的特性，使控制過程加快，具有超前控制作用，從而有效地克服滯后，提高了控制質(zhì)量。211/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)四、串級(jí)控制系統(tǒng)中副回路的確定22根據(jù)生產(chǎn)工藝的具體情況，選擇一個(gè)合適的副變量，從而構(gòu)成一個(gè)以副變量為被控變量的副回路。

副回路的確定確定的原則1.主、副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)232.要使系統(tǒng)的主要干擾被包圍在副回路內(nèi)3.在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾4.副變量的選擇應(yīng)考慮到主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，以防“共振”的發(fā)生5.當(dāng)對(duì)象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時(shí)，在選擇副變量時(shí)應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)五、主、副控制器控制規(guī)律及正、反作用的選擇241.控制規(guī)律的選擇控制規(guī)律是根據(jù)控制的要求來進(jìn)行選擇的。目的為了高精度地穩(wěn)定主變量。主控制器通常都選用比例積分控制規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)主變量的無差控制。副變量的給定值是隨主控制器的輸出變化而變化的。副控制器一般采用比例控制規(guī)律。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)252.控制器正、反作用的選擇（1）串級(jí)控制系統(tǒng)中的副控制器作用方向的選擇，根據(jù)工藝安全等要求，選定執(zhí)行器的氣開、氣關(guān)形式后，按照使副控制回路成為一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)的原則來確定。例如圖13-2所示的管式加熱爐溫度-溫度串級(jí)控制系統(tǒng)中的副回路。氣源中斷，停止供給燃料油時(shí)，執(zhí)行器選氣開閥，“正”方向。燃料量加大時(shí)，爐膛溫度θ2（副變量）增加，副對(duì)象“正”方向。為使副回路構(gòu)成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，副控制器T2C選擇“反”方向。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)（2）串級(jí)控制系統(tǒng)中主控制器作用方向的選擇：

當(dāng)主、副變量增加（減?。r(shí)，如果由工藝分析得出，為使主、副變量減小（增加），要求控制閥的動(dòng)作方向是一致的時(shí)候，主控制器應(yīng)選“反”作用；反之，則應(yīng)選“正”作用。26例如圖13-2所示的管式加熱爐串級(jí)控制系統(tǒng)。

主變量θ1或副變量θ2增加時(shí)，都要求關(guān)小控制閥，減少供給的燃料量，才能使θ1或θ2降下來，所以此時(shí)主控制器T1C應(yīng)確定為反作用方向。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)六、控制器參數(shù)的工程整定27串級(jí)控制系統(tǒng)主、副控制器的參數(shù)整定的兩種方法。1.兩步整定法

按照串級(jí)控制系統(tǒng)主、副回路的情況，先整定副控制器，后整定主控制器的方法。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)（1）在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用運(yùn)行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如4∶1）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用δ2s和T2s表示。（2）在副控制器比例度等于δ2s的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下的過渡過程，記下此時(shí)主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。整定過程281/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)29（3）根據(jù)上面得到的δ1s、T1s、δ2s、T2s，按表12-1（或表13-1）的規(guī)定關(guān)系計(jì)算主、副控制器的比例度、積分時(shí)間和微分時(shí)間。（4）按“先副后主”、“先比例次積分后微分”的整定規(guī)律，將計(jì)算出的控制器參數(shù)加到控制器上。（5）觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整，直到獲得滿意的過渡過程。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)共振問題

如果主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)相差不大，動(dòng)態(tài)聯(lián)系密切，可能會(huì)出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象。

可適當(dāng)減小副控制器比例度或積分時(shí)間，以達(dá)到減小副回路操作周期的目的。同理，可以加大主控制器的比例度或積分時(shí)間，以期增大主回路操作周期，使主、副回路的操作周期之比加大，避免“共振”。

如果主、副對(duì)象特性太接近，就不能完全靠控制器參數(shù)的改變來避免“共振”了。301/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)2.一步整定法

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)將副控制器一次放好，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控制器參數(shù)。實(shí)踐證明

這種整定方法，對(duì)于對(duì)主變量要求較高，而對(duì)副變量沒有什么要求或要求不嚴(yán)，允許它在一定范圍內(nèi)變化的串級(jí)控制系統(tǒng)，是很有效的。311/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)32副變量類型副控制器比例度δ2／％副控制器比例放大倍數(shù)KP2溫度壓力流量液位20～6030～7040～13020～1305.0～1.73.0～1.42.5～1.255.0～1.25表13-1采用一步整定法時(shí)副控制器參數(shù)選擇范圍1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)33一步整定法的整定步驟：

（1）在生產(chǎn)正常，系統(tǒng)為純比例運(yùn)行的條件下，按照表13-1所列的數(shù)據(jù)，將副控制器比例度調(diào)到某一適當(dāng)?shù)臄?shù)值。（2）利用簡單控制系統(tǒng)中任一種參數(shù)整定方法整定主控制器的參數(shù)。（3）如果出現(xiàn)“共振”現(xiàn)象，可加大主控制器或減小副控制器的參數(shù)整定值，一般即能消除。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)一、均勻控制的目的34圖13-5前后精餾塔的供求關(guān)系甲塔:為了穩(wěn)定操作需保持塔釜液位穩(wěn)定，必然頻繁地改變塔底的排出量。乙塔：從穩(wěn)定操作要求出發(fā)，希望進(jìn)料量盡量不變或少變。甲、乙兩塔間的供求關(guān)系出現(xiàn)了矛盾。

為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使液位和流量均勻變化，組成的系統(tǒng)稱為均勻控制系統(tǒng)。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)35均勻控制的要求（1）兩個(gè)變量在控制過程中都應(yīng)該是緩慢變化的。（2）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)。圖13-6前一設(shè)備的液位和后一設(shè)備的進(jìn)料量之關(guān)系1—液位變化曲線；2—流量變化曲線1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)二、均勻控制方案361.簡單均勻控制圖13-7簡單均勻控制目的

為了協(xié)調(diào)液位與排出流量之間的關(guān)系，允許它們都在各自許可的范圍內(nèi)作緩慢的變化。滿足均勻控制要求的方法通過控制器的參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)372.串級(jí)均勻控制圖13-8

串級(jí)均勻控制

可在簡單均勻控制方案基礎(chǔ)上增加一個(gè)流量副回路，即構(gòu)成串級(jí)均勻控制。參數(shù)整定的方法

由小到大地進(jìn)行調(diào)整。

串級(jí)均勻控制系統(tǒng)的主、副控制器一般都采用純比例作用的。只在要求較高時(shí)，為了防止偏差過大而超過允許范圍，才引入適當(dāng)?shù)姆e分作用。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第二節(jié)均勻控制系統(tǒng)特點(diǎn)

由于增加了副回路，可以及時(shí)克服由于塔內(nèi)或排出端壓力改變所引起的流量變化。

串級(jí)均勻控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)兩個(gè)變量間的關(guān)系是通過控制器參數(shù)整定來實(shí)現(xiàn)的。

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，而是要求變量在允許的范圍內(nèi)作緩慢的變化。381/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)一、概況39

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)。通常為流量比值控制系統(tǒng)。幾個(gè)概念主物料、主動(dòng)量（Q1

、主流量）從物料、從動(dòng)量（Q2

、副流量）副流量Q2與主流量Q1的比值關(guān)系為（13-1）1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)二、比值控制系統(tǒng)的類型401.開環(huán)比值控制系統(tǒng)圖13-9開環(huán)比值控制圖13-10開環(huán)比值控制方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)簡單，只需一臺(tái)純比例控制器，其比例度可以根據(jù)比值要求來設(shè)定。主、副流量均開環(huán)；這種比值控制方案對(duì)副流量Q2本身無抗干擾能力。所以這種系統(tǒng)只能適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場(chǎng)合。

411/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)422.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方案的不足，在開環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加一個(gè)副流量的閉環(huán)控制系統(tǒng)而組成的。

圖13-11單閉環(huán)比值控制圖13-12單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)

它能實(shí)現(xiàn)副流量隨主流量的變化而變化，還可以克服副流量本身干擾對(duì)比值的影響。結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)施方便，尤其適用于主物料在工藝上不允許進(jìn)行控制的場(chǎng)合。雖然能保持兩物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的，當(dāng)主流量變化時(shí)，總的物料量就會(huì)跟著變化。431/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)443.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

它是在單閉環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加了主流量控制回路而構(gòu)成的。

圖13-13

雙閉環(huán)比值控制圖13-14雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)了比較精確的流量比值，也確保了兩物料總量基本不變。提降負(fù)荷比較方便，只要緩慢地改變主流量控制器的給定值，就可以提降主流量，同時(shí)副流量也就自動(dòng)跟蹤提降，并保持兩者比值不變。結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，使用的儀表較多，投資較大，系統(tǒng)調(diào)整較麻煩。主要適用于主流量干擾頻繁、工藝上不允許負(fù)荷有較大波動(dòng)或工藝上經(jīng)常需要提降負(fù)荷的場(chǎng)合。451/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)比值控制系統(tǒng)464.變比值控制系統(tǒng)圖13-15變比值控制系統(tǒng)

要求兩種物料的比值能靈活地隨第三變量的需要而加以調(diào)整，這樣就出現(xiàn)一種變比值控制系統(tǒng)。圖13-16變比值控制系統(tǒng)方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)一、前饋控制系統(tǒng)及其特點(diǎn)47反饋與前饋圖13-17換熱器的反饋控制圖13-18換熱器的前饋控制圖13-19反饋控制與前饋控制方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)481.前饋控制是基于不變性原理工作的，比反饋控制及時(shí)、有效圖13-20前饋控制系統(tǒng)的補(bǔ)償過程

前饋控制是根據(jù)干擾的變化產(chǎn)生控制作用的。

反饋控制與前饋控制的檢測(cè)信號(hào)與控制信號(hào)有不同的特點(diǎn)：1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)

反饋控制的依據(jù)是被控變量與給定值的偏差，檢測(cè)的信號(hào)是被控變量，控制作用發(fā)生時(shí)間是在偏差出現(xiàn)以后。前饋控制的依據(jù)是干擾的變化，檢測(cè)的信號(hào)是干擾量的大小，控制作用的發(fā)生時(shí)間是在干擾作用的瞬間而不需等到偏差出現(xiàn)之后。491/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第四節(jié)前饋控制系統(tǒng)50前饋-反饋控制

將反饋和前饋控制組合起來，取長補(bǔ)短，使前饋控制用來克服主要干擾，反饋控制用來克服其他的多種干擾，兩者協(xié)同工作，能提高控制質(zhì)量。圖13-21換熱器的前饋-反饋控制圖13-22前饋-反饋控制系統(tǒng)方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)取代控制系統(tǒng)一、基本概念51

在這些大型工藝生產(chǎn)過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)處于正常運(yùn)行情況下，能夠克服外界干擾，維持生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行外，當(dāng)生產(chǎn)操作達(dá)到安全極限時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)有一種應(yīng)變能力，能采取相應(yīng)的保護(hù)措施，促使生產(chǎn)操作離開安全極限，返回到正常情況。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)取代控制系統(tǒng)52生產(chǎn)保護(hù)性措施有兩類：一類是硬限控制；一類是軟限控制。生產(chǎn)的軟限控制通過一個(gè)特定設(shè)計(jì)的自動(dòng)取代控制系統(tǒng)，當(dāng)生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時(shí)，既不使設(shè)備停車又起到對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)的目的。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)取代控制系統(tǒng)53

要構(gòu)成取代控制，生產(chǎn)操作必須要具有一定選擇性的邏輯關(guān)系。取代控制的實(shí)現(xiàn)則需要靠具有選擇功能的自動(dòng)選擇器（高值選擇器或低值選擇器）或有關(guān)的切換裝置（切換器、帶電接點(diǎn)的控制器或測(cè)量儀表）來完成。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)取代控制系統(tǒng)54連續(xù)型取代控制系統(tǒng)特點(diǎn)當(dāng)取代作用發(fā)生后，控制閥不是立即全開或全關(guān)，而是在閥門原來的開度基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行連續(xù)控制。

一般具有兩臺(tái)控制器，它們的輸出通過一臺(tái)選擇器（高選器或低選器）后，送往執(zhí)行器。這兩臺(tái)控制器，一臺(tái)在正常情況下工作，另一臺(tái)在非正常情況下工作。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)取代控制系統(tǒng)55舉例大型合成氨工廠的蒸汽鍋爐圖13-23輔助鍋爐壓力取代控制系統(tǒng)圖13-24蒸汽壓力與燃料氣壓力取代控制系統(tǒng)方塊圖1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第五節(jié)取代控制系統(tǒng)56

當(dāng)系統(tǒng)處于燃料氣壓力控制時(shí)，蒸汽壓力的控制質(zhì)量將會(huì)明顯下降，但這是為了防止事故發(fā)生所采取的必要的應(yīng)急措施，這時(shí)的蒸汽壓力控制系統(tǒng)實(shí)際上停止了工作，被屬于非正?？刂频娜剂蠚鈮毫刂葡到y(tǒng)所取代。注意1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)一、概述

一臺(tái)控制器的輸出可以同時(shí)控制兩臺(tái)甚至兩臺(tái)以上的控制閥?？刂破鞯妮敵鲂盘?hào)被分割成若干個(gè)信號(hào)范圍段，由每一段信號(hào)去控制一臺(tái)控制閥，稱為分程控制系統(tǒng)。圖13-25分程控制系統(tǒng)方塊圖571/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)就控制閥的開、關(guān)形式分類

兩個(gè)控制閥同向動(dòng)作，即隨著控制器輸出信號(hào)（即閥壓）的增大或減小，兩控制閥都開大或關(guān)小。兩個(gè)控制閥異向動(dòng)作，即隨著控制器輸出信號(hào)的增大或減小，一個(gè)控制閥開大，另一個(gè)控制閥則關(guān)小。581/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)圖13-27兩閥異向動(dòng)作圖13-26兩閥同向動(dòng)作591/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)二、分程控制的應(yīng)用場(chǎng)合1.生產(chǎn)中需用多種物料作調(diào)節(jié)介質(zhì)的過程圖13-28熱交換器分程控制601/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)2.用來保證在不同負(fù)荷下的正?？刂?1由于口徑固定，采用同一個(gè)控制閥，能夠控制的最大流量和最小流量不會(huì)相差太大，滿足不了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，在這種情況下可采用兩個(gè)控制閥并聯(lián)的分程控制方案。1/12/2023復(fù)雜控制系統(tǒng)第六節(jié)分程控制系統(tǒng)3.用以補(bǔ)充控制手段維持安全生產(chǎn)

有時(shí)為了生產(chǎn)安