自動(dòng)化儀表復(fù)雜控制系統(tǒng)

化工儀表及自動(dòng)化第八章復(fù)雜控制系統(tǒng)

1內(nèi)容提要串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)概述串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用主、副控制器控制規(guī)律的選擇主、副控制器正反作用的選擇控制器參數(shù)工程整定與系統(tǒng)投運(yùn)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)12內(nèi)容提要比值控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)取代控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)多沖量控制系統(tǒng)23概述3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)選擇控制系統(tǒng)

三沖量控制系統(tǒng)4第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)一、串級(jí)控制系統(tǒng)概述4

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

可延長(zhǎng)爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞；可保證后面精餾分離的質(zhì)量?？刂坪脺囟葓D13-1管式加熱爐出口溫度控制系統(tǒng)5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(jiǎn)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

56第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)6

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。原因7第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)7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13-3管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖圖13-2管式加熱爐出口溫度串級(jí)控制系統(tǒng)8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。89第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)9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。10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1011第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)11圖13-4串級(jí)控制系統(tǒng)典型方塊圖12第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)二、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用12

1.系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路。主回路是個(gè)定值控制系統(tǒng),副回路是個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)。在串級(jí)控制系統(tǒng)中,主變量是反映產(chǎn)品質(zhì)量或生產(chǎn)過程運(yùn)行情況的主要工藝參數(shù)。副變量的引入往往是為了提高主變量的控制質(zhì)量,它是基于主,副變量之間具有一定的內(nèi)在關(guān)系而工作的。13第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)選擇串級(jí)控制系統(tǒng)的副變量一般有兩類情況：

一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中間變量作為副變量;

另一類選擇的副變量就是操縱變量本身,這樣能及時(shí)克服它的波動(dòng),減小對(duì)主變量的影響。1314第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)14舉例

通過這套串級(jí)控制系統(tǒng)，能夠在塔釜溫度穩(wěn)定不變時(shí)，蒸汽流量能保持恒定值，而當(dāng)溫度在外來干擾作用下偏離給定值時(shí)，又要求蒸汽流量能作相應(yīng)的變化，以使能量的需要與供給之間得到平衡，從而保持釜溫在要求的數(shù)值上。圖13-5精餾塔塔釜溫度串級(jí)控制系統(tǒng)1—精餾塔；2—再沸器15第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

在上例中，選擇的副變量就是操縱變量（加熱蒸汽量）本身。這樣，當(dāng)干擾來自蒸汽壓力或流量的波動(dòng)時(shí)，副回路能及時(shí)加以克服，以大大減少這種干擾對(duì)主變量的影響，使塔釜溫度的控制質(zhì)量得以提高。1516第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)(1)干擾作用于副回路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。162.系統(tǒng)的特性17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。在確定副回路時(shí)，除了要考慮它的快速性外，還應(yīng)該使副回路包括主要干擾，可能條件下應(yīng)力求包括較多的次要干擾。小結(jié)1718第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)圖13-6加熱爐出口溫度與燃料油壓力串級(jí)控制系統(tǒng)如果燃料油的壓力比較穩(wěn)定,而燃料油的組分波動(dòng)較大,那么,該圖串級(jí)控制系統(tǒng)的副回路作用就不大。1819第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)(2)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。1920第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)20主、副變量的變化方向相反，一個(gè)增加，另一個(gè)減小。21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)2122第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

3.自適應(yīng)能力由于增加了副回路,使串級(jí)控制系統(tǒng)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。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(jiǎn)單控制系統(tǒng)滿足不了要求時(shí),使用串級(jí)控制系統(tǒng)是合適的,尤其是當(dāng)主要干擾來自控制閥方面時(shí),選擇控制介質(zhì)的流量或壓力作為副變量來構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)是很適宜的。2223第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)三、主、副控制器控制規(guī)律的選擇23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。24第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)選擇方法序號(hào)對(duì)變量的要求應(yīng)選控制規(guī)律備注主變量副變量主控副控1234重要指標(biāo),要求很高主要指標(biāo),要求較高允許變化,要求不高要求不高,互相協(xié)調(diào)允許變化,要求不嚴(yán)主要指標(biāo),要求較高要求較高,變化較快要求不高,互相協(xié)調(diào)PIPIPPPPIPIP主控必要時(shí)引入微分工程上很少采用表13-1主、副變量不同時(shí)應(yīng)選用的控制規(guī)律2425第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)25四、主、副控制器正反作用的選擇串級(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.副控制器作用方向的選擇26第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)

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?。ㄔ黾樱?，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。262.主控制器作用方向的選擇例如圖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。27第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)五、控制器參數(shù)整定與系統(tǒng)投運(yùn)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。28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2829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12-3（或表12-4）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。30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。3031第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)2.一步整定法副控制器的參數(shù)按經(jīng)驗(yàn)直接確定,主控制器的參數(shù)按簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)整定。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。3132第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)32副變量放大倍數(shù)Kc2比例度δ2s／％溫度壓力流量液位5.0～1.73.0～1.42.5～1.255.0～1.2520～6030～7040～8020～80表13-2采用一步整定法時(shí)副變量的選擇范圍33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13-2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(jiǎn)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。34一、比值控制原理

在石化、制藥等生產(chǎn)過程中，經(jīng)常要兩種或兩種以上的物料保持一定的比例關(guān)系。燃燒過程：燃料與空氣要保持一定比例，才能滿足生產(chǎn)和環(huán)保要求。造紙過程：濃紙漿與水要以一定比例混合，才能制造出合格的紙漿。不少化學(xué)反應(yīng)過程，多個(gè)進(jìn)料要保持一定的比例。8.2比值控制系統(tǒng)35第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)二、比值控制系統(tǒng)39工業(yè)上為了保持兩種或兩種以上物料的比值為一定的控制叫比值控制。幾個(gè)概念比值控制中，需要保持比例的兩種物料：處于主導(dǎo)地位的稱為主動(dòng)量，通常用FM表示，如燃燒中的燃料量。另一種物料稱為從動(dòng)量，用FS表示，如燃燒比值系統(tǒng)中的空氣（氧氣）量。比值控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)：

FS/FM=kk為從動(dòng)量與主動(dòng)量的比值。36第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)401.開環(huán)比值控制比值控制系統(tǒng)的類型：從物料量Q2與主物料量Q1的比值關(guān)系為圖

開環(huán)比值控制37第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)從物料量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。

41特點(diǎn)38第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)422.單閉環(huán)比值控制

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13-12單閉環(huán)比值控制這種方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能確保兩流量比值不變,是應(yīng)用最多的方案。39第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)在比值控制系統(tǒng)中,我們一般用比值系數(shù)K′來表示兩種物料經(jīng)過變送器以后的流量信號(hào)之間的比值，假定（13-1）當(dāng)流量信號(hào)與流量成線性關(guān)系時(shí),則有（13-2）當(dāng)流量信號(hào)與流量成平方關(guān)系時(shí),則有（13-3）4340

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖及與串級(jí)控制系統(tǒng)比較控制器控制閥41單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)的區(qū)別：

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。串級(jí)控制的副環(huán)與比值控制系統(tǒng)的從動(dòng)量控制子系統(tǒng)都是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。

——本質(zhì)區(qū)別42

比值控制系統(tǒng)中，從動(dòng)量控制系統(tǒng)是隨動(dòng)控制系統(tǒng)，其設(shè)定值由系統(tǒng)外部的kFM提供，其任務(wù)就是使從動(dòng)量FS盡可能地保持與KFM相等，隨著FM的變化，始終保持FM與FS的比值關(guān)系。在系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，該比值是比較精確的，在動(dòng)態(tài)過程中，比值關(guān)系相對(duì)不夠精確。當(dāng)主動(dòng)量處于不變狀態(tài)時(shí)，從動(dòng)量控制系統(tǒng)又相當(dāng)于一個(gè)定值控制系統(tǒng)。43

單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)：能克服從動(dòng)量的波動(dòng)；能隨主動(dòng)量的變化而變化，使FM與FS保持比值關(guān)系。442、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

在主動(dòng)量也需要控制時(shí)，增加一個(gè)主動(dòng)量閉環(huán)控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)成為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如圖8-2-6所示。增加了主動(dòng)量閉環(huán)控制后，主動(dòng)量得以穩(wěn)定，從而使總流量能保持穩(wěn)定。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要用于總流量需要經(jīng)常調(diào)整（即工藝負(fù)荷的升降）的場(chǎng)合，如無此要求，可采用兩個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)來保持比值關(guān)系。45圖9－14雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)方框圖462、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

在主動(dòng)量也需要控制時(shí)，增加一個(gè)主動(dòng)量閉環(huán)控制系統(tǒng)，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)成為雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，如圖8-2-6所示。增加了主動(dòng)量閉環(huán)控制后，主動(dòng)量得以穩(wěn)定，從而使總流量能保持穩(wěn)定。雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)主要用于總流量需要經(jīng)常調(diào)整（即工藝負(fù)荷的升降）的場(chǎng)合，如無此要求，可采用兩個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)來保持比值關(guān)系。47第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)443.變比值控制系統(tǒng)

要求兩種物料的比值能靈活地隨第三參數(shù)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13-13變比值控制系統(tǒng)488.3前饋控制系統(tǒng)一．前饋控制原理前面討論的所有控制系統(tǒng)，都屬于反饋控制系統(tǒng)，無論其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如何，它們的調(diào)節(jié)回路的基本工作原理都是一樣的。下面要介紹的前饋控制系統(tǒng)則有著截然不同的控制思想。前饋控制思想及應(yīng)用由來已久，但主要是由于技術(shù)條件的限制，發(fā)展較慢。隨著計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，前饋控制正受到更多的重視和應(yīng)用。49在反饋控制系統(tǒng)中，都是把被控變量測(cè)量出來，并與給定值相比較；而在前饋控制系統(tǒng)中，不測(cè)量被控變量，而是測(cè)量干擾變量，也不與被控變量的給定值進(jìn)行比較。這是前饋與反饋的主要區(qū)別。為了系統(tǒng)地說明前饋控制思想，同時(shí)也為了在比較中進(jìn)一步加深對(duì)反饋控制思想的理解，畫出圖31進(jìn)行比較分析。50圖31中的（a）是反饋控制，（b）是前饋控制。在前饋控制中，測(cè)量需要被加熱的原油的流量，流量偏大就增加燃料量，原油流量偏小就減少燃料量，以達(dá)到穩(wěn)定原油出口溫度的目的。51從動(dòng)態(tài)過程分析，當(dāng)原油流量增大時(shí)，一段時(shí)間后，出口溫度會(huì)下降。但前饋測(cè)量出原油流量的增加量，迅速增加燃料量。如果燃料增加的量和時(shí)機(jī)都很好，有可能在爐膛中將干擾克服，幾乎不影響原油出口溫度。如果該加熱爐只存在原油流量這一個(gè)干擾，那么理論上講，前饋控制可以把原油出口溫度控制得很精確，甚至被控變量一點(diǎn)也不波動(dòng)。這就是前饋控制思想，也是前饋控制的生命力所在。52二．前饋控制與反饋控制的比較通常認(rèn)為，前饋控制有如下幾個(gè)特點(diǎn)：（l）是“開環(huán)”控制系統(tǒng)；（2）對(duì)所測(cè)干擾反應(yīng)快，控制及時(shí)；（3）采用專用調(diào)節(jié)器；（4）只能克服系統(tǒng)中所能測(cè)量的干擾。53下面從幾個(gè)方面比較前饋控制與反饋控制。畫出圖31兩個(gè)控制系統(tǒng)的方塊圖如圖32所示。54

l．前饋是“開環(huán)”，反饋是“閉環(huán)”控制系統(tǒng)從圖32可以看到，表面上，兩種控制系統(tǒng)都形成了環(huán)路，但反饋控制系統(tǒng)中，在環(huán)路上的任一點(diǎn)，沿信號(hào)線方向前行，可以回到出發(fā)點(diǎn)形成閉合環(huán)路，成為“閉環(huán)”控制系統(tǒng)。而在前饋控制系統(tǒng)中，在環(huán)路上的任一點(diǎn)，沿信號(hào)線方向前行，不能回到出發(fā)點(diǎn)，不能形成閉合環(huán)路，因此稱其為“開環(huán)”控制系統(tǒng)。552．前饋系統(tǒng)中測(cè)量干擾量，反饋系統(tǒng)中測(cè)量被控變量在單純的前饋控制系統(tǒng)中，不測(cè)量被控變量，而單純的反饋控制系統(tǒng)中不測(cè)量干擾量。563．前饋需要專用調(diào)節(jié)器，反饋一般只要通用調(diào)節(jié)器由于前饋控制的精確性和及時(shí)性取決于干擾通道和調(diào)節(jié)通道的特性，且要求較高，因此，通常每一種前饋控制都采用特殊的專用調(diào)節(jié)器，而反饋基本上不管干擾通道的特性，且允許被控變量有波動(dòng)，因此，可采用通用調(diào)節(jié)器。57

4．前饋只能克服所測(cè)量的干擾，反饋則可克服所有干擾前饋控制系統(tǒng)中若干擾量都不可測(cè)量，前饋就不可能加以克服。而反饋控制系統(tǒng)中，任何干擾，只要它影響到被控變量，都能在一定程度上加以克服。585．前饋理論上可以無差，反饋必定有差如果系統(tǒng)的干擾數(shù)量很少，前饋控制可以逐個(gè)測(cè)量干擾，加以克服，理論上可以做到被控變量無差。而反饋控制系統(tǒng)，無論干擾的多與少、大與小，只有當(dāng)干擾影響到被控變量，產(chǎn)生“差”之后，才能知道有了干擾，然后加以克服，因此必定有差。59第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)三、前饋控制系統(tǒng)45反饋與前饋圖13-14換熱器的反饋控制圖13-15換熱器的前饋控制60第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)反饋控制與前饋控制比較不論什么干擾,只要引起被控變量變化,都可以進(jìn)行控制,這是反饋控制的優(yōu)點(diǎn)。前饋控制是一種按擾動(dòng)變化大小進(jìn)行控制的系統(tǒng),控制作用在擾動(dòng)發(fā)生的同時(shí)就產(chǎn)生,這就是前饋控制的主要特點(diǎn)。往往用“前饋”來克服主要干擾,再用“反饋”來克服其他干擾,組成“復(fù)合”的前饋-反饋控制系統(tǒng)。4661第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)圖13-16換熱器的前饋-反饋控制

用前饋控制來克服由于進(jìn)料量波動(dòng)對(duì)被控變量θ的影響,而用溫度控制器的控制作用來克服其他干擾對(duì)被控變量θ的影響,前饋與反饋控制作用相加,共同改變加熱蒸汽量,以使出料溫度θ維持在給定值上。4762第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)

多沖量控制系統(tǒng)指在控制系統(tǒng)中，有多個(gè)變量信號(hào)，經(jīng)過一定的運(yùn)算后，共同控制一臺(tái)執(zhí)行器，以使某個(gè)被控的工藝變量有較高的控制質(zhì)量。

多沖量控制系統(tǒng)在鍋爐給水系統(tǒng)控制中應(yīng)用比較廣泛。主要用來自動(dòng)控制鍋爐的給水量，使其適應(yīng)蒸發(fā)量的變化，維持汽包水位在允許的范圍內(nèi)。定義適用范圍55

四、多沖量控制系統(tǒng)63第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)1.單沖量液位控制系統(tǒng)原理根據(jù)汽包液位的信號(hào)來控制給水量。優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用儀表少。

缺點(diǎn)不能適應(yīng)蒸汽負(fù)荷的劇烈變化。易根據(jù)“假液位”引起控制系統(tǒng)的誤動(dòng)作。56圖13-23單沖量控制系統(tǒng)64第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)2.雙沖量液位控制系統(tǒng)雙沖量——液位信號(hào)和蒸汽流量信號(hào)從結(jié)構(gòu)上看，它實(shí)際上是一個(gè)前饋

-反饋控制系統(tǒng)。當(dāng)供水壓力擾動(dòng)比較頻繁時(shí)，該系統(tǒng)的控制質(zhì)量較差。

57圖13-24雙沖量控制系統(tǒng)65第二節(jié)其他復(fù)雜控制系統(tǒng)3.三沖量液位控制系統(tǒng)58圖13-25三沖量控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)除了液位、蒸汽流量信號(hào)外,再增加一個(gè)給水流量的信號(hào)。它有助于及時(shí)克服由于供水壓力波動(dòng)而引起的汽包液位的變化。66例題分析1.某聚合反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行放熱反應(yīng),釜溫過高會(huì)發(fā)生事故,為此采用夾套水冷卻。由于釜溫控制要求較高,且冷卻水壓力、溫度波動(dòng)較大,故設(shè)置串級(jí)控制系統(tǒng),如圖所示。試確定控制閥的氣開、氣關(guān)型式與控制器的正、反作用。聚合釜溫度控制解：為了在氣源中斷時(shí)保證冷卻水繼續(xù)供給,以防止釜溫過高,故控制閥應(yīng)采用氣關(guān)型,為“-”方向。5967例題分析

當(dāng)冷卻水流量增加時(shí),釜溫和夾套溫度都是下降的,故對(duì)象為“-”方向。測(cè)量變送器為“+”方向故按單回路系統(tǒng)的確定原則,副控制器T2C應(yīng)為“反”作用。主控制器T1C的作用方向可以這樣來確定