過程動態(tài)特性的數(shù)學(xué)描述及其經(jīng)典測試法

約束(yuēshù)和選擇性控制張建明浙江大學(xué)(zhèjiānɡdàxué)智能系統(tǒng)與控制研究所第一頁，共31頁。1液氨蒸發(fā)器的單回路(huílù)控制如何(rúhé)保證液氨不滿罐?第二頁，共31頁。2主要(zhǔyào)內(nèi)容約束控制〔超馳控制〕問題約束控制的方案設(shè)計約束控制的防積分(jīfēn)飽和選擇性控制第三頁，共31頁。3選擇性控制(kòngzhì)又叫約束控制(kòngzhì)，也稱超馳控制(kòngzhì)。在大型生產(chǎn)工藝過程中，除了要求控制系統(tǒng)在生產(chǎn)處于正常運行情況下能夠克服外界干擾，維持生產(chǎn)的平穩(wěn)運行，當(dāng)生產(chǎn)操作到達平安極限時，控制系統(tǒng)應(yīng)有一種應(yīng)變能力，能采取一些相應(yīng)的保護措施，促使生產(chǎn)操作離開平安極限，返回到正常情況；或是使生產(chǎn)暫時停下來(xiàlái)，以防事故的發(fā)生或進一步擴大。生產(chǎn)保護性措施

硬保護措施軟保護措施第四頁，共31頁。4硬保護措施就是當(dāng)生產(chǎn)操作到達平安極限時，有聲、光警報。此時，或是由操作工將控制器切到手動狀態(tài)，進行手動操作和處理；或是通過專門設(shè)置的連鎖保護電路實現(xiàn)自動停車(tíngchē)，到達保護生產(chǎn)的目的。軟保護(bǎohù)措施就是通過一個特定設(shè)計的選擇性控制系統(tǒng)，在生產(chǎn)短期內(nèi)處于不正常情況時，既不使設(shè)備停車而又起到對生產(chǎn)進行自動保護(bǎohù)的目的。正常情況下異常情況下控制方案A控制方案B正常異常生產(chǎn)操作必須具有一定的選擇性邏輯關(guān)系。由自動選擇器〔高值選擇器HS或低值選擇器LS〕或有關(guān)的切換(qiēhuàn)裝置〔切換(qiēhuàn)器、帶控制接點的控制器或測量儀表〕來完成.第五頁，共31頁。5舉例(jǔlì)1：

緩沖罐與流量控制回路如何(rúhé)防止液位低于hmin?第六頁，共31頁。6約束(yuēshù)控制的提出特點：主要用于設(shè)備軟保護，通常有兩個以上的控制器，被控變量往往包括：一個常規(guī)被控變量，需要進行定值控制；一個區(qū)間約束變量，正常工況下無需控制，但一旦超出允許范圍就需要及時加以調(diào)節(jié)，以防止(fángzhǐ)事故的發(fā)生。操縱變量只有一個，控制系統(tǒng)需要隨時針對實際情況，選擇某一個被控變量加以控制。第七頁，共31頁。7緩沖罐液位與流量(liúliàng)控制

的兼參謀題如何(rúhé)防止液位低于hmin?第八頁，共31頁。8控制(kòngzhì)方案#1引入自動開關(guān)(zìdònɡkāiɡuān)SW?試分析兩控制器的正反作用(zuòyòng)，并比較正常操作情況下兩控制器輸出信號的大小。第九頁，共31頁。9控制(kòngzhì)方案#2〔1〕試給出該約束(yuēshù)控制系統(tǒng)的方塊圖LS:低選器〔LowSelector〕u(t)=min(u1,u2)第十頁，共31頁。10流量(liúliàng)液位選擇控制系統(tǒng)方塊圖第十一頁，共31頁。11約束控制的防積分(jīfēn)飽和防積分飽和(bǎohé)方法：當(dāng)某一控制器起作用時，讓另一備用控制器的輸出跟蹤起作用控制器的輸出，從而防止備用控制器的積分累加。第十二頁，共31頁。12流量液位約束(yuēshù)控制方案RFB：外部積分(jīfēn)反響(externalresetfeedback〕LS:低選器〔LowSelector〕u(t)=min(u1,u2)第十三頁，共31頁。13約束(yuēshù)控制中的抗積分飽和特點分析：只有處于閉環(huán)條件下的控制器才有積分作用(zuòyòng)，而非活動控制器只是跟蹤活動控制器的輸出。討論(tǎolùn)正常工況下與液位過低情況下，該控制系統(tǒng)如何工作？第十四頁，共31頁。14氨冷卻器

單回路控制存在(cúnzài)的問題如何防止氨冷卻器液位超過(chāoguò)其上限?第十五頁，共31頁。15氨冷卻器工藝介質(zhì)

出口(chūkǒu)溫度的串級控制系統(tǒng)注意：TC31的輸出(shūchū)必須加以限幅，具體限幅值與工藝要求及LT25測量范圍有關(guān)。為什么？第十六頁，共31頁。16液氨蒸發(fā)器的約束(yuēshù)控制控制器正反作用(zuòyòng)的選擇；選擇器(低選器LS或高選器HS)的選擇。第十七頁，共31頁。17①為了防止氣氨帶液進入氨壓縮機后危及氨壓縮機的平安，調(diào)節(jié)閥應(yīng)選擇氣開式。這樣一旦調(diào)節(jié)閥失去能源(即斷氣),調(diào)節(jié)閥處于關(guān)閉狀態(tài)，不致使液位不斷上升。②溫度對象:μ↑→θ↓為“-〞；調(diào)節(jié)閥：氣開為“+〞；TC“正作用〞液位對象:μ↑→L↑為“+〞；調(diào)節(jié)閥：氣開為“+〞；LC“反作用〞③物料出口溫度是工藝(gōngyì)的操作指標(biāo)。溫度調(diào)節(jié)器TC是正常情況下工作的調(diào)節(jié)器，應(yīng)該選擇PID控制規(guī)律。液位調(diào)節(jié)器為非正常情況下工作的調(diào)節(jié)器，為了在液位上升到平安限度時，液位調(diào)節(jié)器能迅速地投入工作，液位調(diào)節(jié)器應(yīng)選為窄比例式的。④當(dāng)液位大于上限值時，LC輸出為低信號，選擇器應(yīng)為“低選器〞。第十八頁，共31頁。18氨冷卻器工藝介質(zhì)

出口溫度的約束控制(kòngzhì)方案討論控制方塊圖控制器正反作用選擇選擇器能否(nénɡfǒu)選擇高選器？抗積分飽和措施第十九頁，共31頁。19氨冷卻器工藝介質(zhì)

出口溫度(wēndù)單回路控制仿真第二十頁，共31頁。20單回路(huílù)控制仿真結(jié)果第二十一頁，共31頁。21氨冷卻器出口溫度(wēndù)

〔帶RFB〕約束控制系統(tǒng)仿真第二十二頁，共31頁。22帶RBF的約束(yuēshù)控制系統(tǒng)仿真第二十三頁，共31頁。23綠油塔液位與脫丙烷(bǐnɡwán)塔進料選擇性控制系統(tǒng)正常(zhèngcháng)情況:綠油塔液位L高于給定值LS,FC工作----進料流量控制系統(tǒng)非正常(zhèngcháng)情況:綠油塔液位L低于下限值LS,LC工作----綠油塔液位控制系統(tǒng)窄比例正作用PI反作用第二十四頁，共31頁。24鍋爐燃燒系統(tǒng)蒸汽壓力(yālì)與燃料氣壓力(yālì)選擇性控制系統(tǒng)正常情況(qíngkuàng):燃料氣壓力低于脫火壓力,P1C工作----蒸汽壓力控制系統(tǒng)非正常情況(qíngkuàng):燃料氣壓力高于脫火壓力,P2C工作----燃料氣壓力控制系統(tǒng)防止(fángzhǐ)脫火窄比例第二十五頁，共31頁。25鍋爐(guōlú)空燃比控制方案要求：空氣(kōngqì)/燃料比值穩(wěn)態(tài)時根本不變，動態(tài)時空氣(kōngqì)富裕第二十六頁，共31頁。26鍋爐燃燒系統(tǒng)的雙交叉(jiāochā)控制雙交叉控制手動調(diào)節(jié)空燃比值分析其工作原理(yuánlǐ)蒸汽用量增加或減少時，控制系統(tǒng)的響應(yīng)過程第二十七頁，共31頁。27選擇(xuǎnzé)控制特點：被控變量類型相同，通常只有一個控制器，與單回路(huílù)控制相近，只是控制器輸入由多個測量信號選擇得到。第二十八頁，共31頁。28選擇性控制系統(tǒng)(kònɡzhìxìtǒnɡ)的設(shè)計調(diào)節(jié)閥開、閉形式選擇根據(jù)生產(chǎn)(shēngchǎn)平安要求選擇調(diào)節(jié)閥的開、閉形式調(diào)節(jié)器規(guī)律及正、反作用選擇根據(jù)對象的特性和控制的要求，選擇調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律及正、反作用選擇器類型的選擇根據(jù)調(diào)節(jié)器的正、反作用和選擇性控制系統(tǒng)設(shè)置的目的，確定選擇器的類型第二十九頁，共31頁。29控制規(guī)律(guīlǜ)選擇：選擇器類型(lèixíng)的選擇：正常(zhèngcháng)情況下工作的控制器，應(yīng)選PI或PID