第7章 復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)(下)

1、7.6分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng) 在分程控制系統(tǒng)中，一個控制器的輸出信號被分在分程控制系統(tǒng)中，一個控制器的輸出信號被分 割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調(diào)節(jié)閥，故割成幾個行程段，每一段行程各控制一個調(diào)節(jié)閥，故 取名為分程控制系統(tǒng)。取名為分程控制系統(tǒng)。 例如，例如，一個控制器的輸出信號一個控制器的輸出信號分程分程控制控制兩個兩個調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 閥閥A和和B ， A和和B的輸入信號各占一半行程。的輸入信號各占一半行程。 q可調(diào)整閥門定可調(diào)整閥門定 位器來縮小調(diào)節(jié)閥位器來縮小調(diào)節(jié)閥 的輸入量程的輸入量程 。 C A B M M 7.6.1分程控制系統(tǒng)工作原理及類型分程控制系統(tǒng)工作原理及類型 1分程控制系

2、統(tǒng)工作原理分程控制系統(tǒng)工作原理 如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料如某一間歇式生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程中，每次投料 完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。完畢后，需要先對其加熱引發(fā)化學(xué)反應(yīng)。 TT 熱水熱水 冷卻水冷卻水 B TC A 一旦反應(yīng)開始進行，一旦反應(yīng)開始進行， 就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反就會持續(xù)產(chǎn)生大量的反 應(yīng)熱，如果不及時降溫，應(yīng)熱，如果不及時降溫， 物料溫度會越來越高，物料溫度會越來越高， 有發(fā)生爆炸的危險。因有發(fā)生爆炸的危險。因 此，必須降溫。此，必須降溫。 為此，可設(shè)計以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱為此，可設(shè)計以反應(yīng)器內(nèi)溫度為被控參數(shù)、以熱 水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制

3、系統(tǒng)，調(diào)水流量和冷卻水流量為控制變量的分程控制系統(tǒng)，調(diào) 節(jié)閥節(jié)閥A、B分別控制冷卻水和熱水。分別控制冷卻水和熱水。 為保證安全，為保證安全， 熱水閥采用氣開熱水閥采用氣開 式，冷水閥采用式，冷水閥采用 氣關(guān)式，則溫度氣關(guān)式，則溫度 調(diào)節(jié)器設(shè)為反作調(diào)節(jié)器設(shè)為反作 用。用。 TT 熱水熱水 冷卻水冷卻水 B TC A 反反 反反 正正 圖圖7.29 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線 MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥 B閥閥 TT 熱水熱水 冷卻水冷卻水 B TC A 正正 反反 反反 工作原理如下：工作原理如下： 當裝料完成、化學(xué)反應(yīng)開始前，溫度測量值小于當裝料完成、化學(xué)

4、反應(yīng)開始前，溫度測量值小于 設(shè)定值。調(diào)節(jié)器設(shè)定值。調(diào)節(jié)器TC輸出氣壓大于輸出氣壓大于0.06MPa，A（冷水）（冷水） 閥關(guān)閉，閥關(guān)閉，B（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進的熱水使（熱水）閥開啟，反應(yīng)器夾套中進的熱水使 反應(yīng)物料溫度上升。反應(yīng)物料溫度上升。 反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出反應(yīng)開始后，反應(yīng)物溫度逐漸升高，調(diào)節(jié)器輸出 逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)小；當反應(yīng)物料溫度達到并逐漸下降，熱水閥逐漸關(guān)??；當反應(yīng)物料溫度達到并 高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)器輸出氣壓將小于0.06MPa，熱，熱 水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開，冷水進入夾套將反水閥完全關(guān)閉，冷水閥逐漸打開

5、，冷水進入夾套將反 應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。應(yīng)熱帶走，使反應(yīng)物料溫度保持在設(shè)定值。 圖圖7.29 調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線調(diào)節(jié)閥分程關(guān)系曲線 MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥 B閥閥 TT 熱水熱水 冷卻水冷卻水 B TC A 正正 反反 反反 2分程控制系統(tǒng)的類型分程控制系統(tǒng)的類型 按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段按照調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)形式和分程信號區(qū)段 不同，可分為以下兩種類型：不同，可分為以下兩種類型： 調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥同向動作的分程控制系統(tǒng) 例：兩個調(diào)節(jié)閥同向動作例：兩個調(diào)節(jié)閥同向動作 A、B均為正作用閥均為正作用閥A、B均為反作

6、用閥均為反作用閥 MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥B閥閥 MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥 B閥閥 MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥B閥閥 MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥B閥閥 調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥異向動作的分程控制系統(tǒng) 例：兩個調(diào)節(jié)閥異向動作例：兩個調(diào)節(jié)閥異向動作 在在0.020.06MPa區(qū)區(qū) 間，間，B閥全開、閥全開、A閥逐漸閥逐漸 開大；在開大；在0.060.10MPa 區(qū)間，區(qū)間，A閥全開、閥全開、B閥逐閥逐 漸關(guān)小。漸關(guān)小。 在在0.020.06MPa區(qū)區(qū) 間，間，B閥全關(guān)、閥全

7、關(guān)、A閥逐漸閥逐漸 關(guān)小；在關(guān)??；在0.060.10MPa 區(qū)間，區(qū)間，A閥全關(guān)、閥全關(guān)、B閥逐閥逐 漸開大。漸開大。 給定給定 執(zhí)行器執(zhí)行器1對象對象 變送器變送器 控制器控制器 干擾干擾 執(zhí)行器執(zhí)行器2 7.6.2 分程控制系統(tǒng)設(shè)計及工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)設(shè)計及工業(yè)應(yīng)用 分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上屬于單回路控制系統(tǒng)。二者 的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一的主要區(qū)別是：單回路控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制一 個調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個調(diào)節(jié)個調(diào)節(jié)閥，分程控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器輸出控制多個調(diào)節(jié) 閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計上有所不同。閥。因此，系統(tǒng)設(shè)計上有

8、所不同。 7.6.2.1 控制信號的分段控制信號的分段 在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工在分程控制中，調(diào)節(jié)器輸出信號分段是由生產(chǎn)工 藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一藝要求決定的。調(diào)節(jié)器輸出信號需要分成幾段，哪一 段信號控制哪一個調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。段信號控制哪一個調(diào)節(jié)閥，完全取決于工藝要求。 如在此例反應(yīng)如在此例反應(yīng) 器溫度控制中，工器溫度控制中，工 藝需要控制兩個調(diào)藝需要控制兩個調(diào) 節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié)節(jié)閥。因此，調(diào)節(jié) 器輸出信號需要分器輸出信號需要分 成兩段。成兩段。 TT 熱水熱水 冷卻水冷卻水 B TC A 正正 反反 反反 7.6.2.2 調(diào)節(jié)閥特性的選擇

9、與應(yīng)注意的問題調(diào)節(jié)閥特性的選擇與應(yīng)注意的問題 1. 根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝要求選擇同向或異向工作的調(diào)節(jié)閥 如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水如此例中，為保證安全，熱水閥采用氣開式，冷水 閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個調(diào)節(jié)閥異向工作。又閥采用氣關(guān)式。這就決定了兩個調(diào)節(jié)閥異向工作。又 因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關(guān)閉。因此兩因工藝要求一個閥打開時，另一個必須關(guān)閉。因此兩 個閥的特性組合應(yīng)是：個閥的特性組合應(yīng)是： MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥B閥閥 TT 熱水熱水 冷卻水冷卻水 B TC A 正正 反反 反反 2. 流量特性的平滑銜接流

10、量特性的平滑銜接 如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負荷時只有如圖為蒸汽壓力減壓系統(tǒng)。小負荷時只有A閥控閥控 制、制、B閥閥不開；負荷較大時不開；負荷較大時A閥全開、閥全開、B閥閥控制?？刂?。 兩個同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量兩個同向特性的調(diào)節(jié)閥并聯(lián)控制一種介質(zhì)的流量 時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。時，總流量特性是兩個閥流量特性的疊加組合。 PT MPa 0 100% 0.020.060.10 A閥閥B閥閥 如果兩個調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，如果兩個調(diào)節(jié)閥的增益差距較大，組合后的總流組合后的總流 量量特性有突變點，會影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。特性有突變點，會影響調(diào)節(jié)品質(zhì)。 P（MPa） （a）二

11、閥特性比較接近）二閥特性比較接近 0 流量流量 Q（%） 100 0.020.060.10 45 （b）二閥特性差距較大）二閥特性差距較大 0 100 0.020.060.10 45 P（MPa） 流量流量 Q（%） 如果兩個調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量如果兩個調(diào)節(jié)閥都用直線特性，組合后的總流量 特性有下列兩種情況：特性有下列兩種情況： （a）分程信號不重疊）分程信號不重疊 P（MPa） 流量流量 Q（%） 0 100 0.020.060.10 如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接如果調(diào)節(jié)閥是對數(shù)流量特性，其總流量特性銜接 處必有突變點。處必有突變點。 可以通過兩個調(diào)節(jié)閥分程信號部

12、分重迭的辦法，可以通過兩個調(diào)節(jié)閥分程信號部分重迭的辦法， 使調(diào)節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作使調(diào)節(jié)閥流量特性實現(xiàn)平滑過渡。即將兩個閥的工作 范圍擴大，形成一段重迭區(qū)。范圍擴大，形成一段重迭區(qū)。 （b）分程信號重疊）分程信號重疊 P（MPa） 0 100 0.020.060.10 流量流量 Q（%） 3）調(diào)節(jié)閥的泄漏量）調(diào)節(jié)閥的泄漏量 在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì)在分程控制中，調(diào)節(jié)閥的泄漏量太大會影響控制質(zhì) 量。尤其當大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄漏量接量。尤其當大、小閥并聯(lián)工作時，若大閥的泄漏量接 近或大于小閥的正常的調(diào)節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大近或大于小閥的正常的調(diào)

13、節(jié)量，則小閥的調(diào)節(jié)能力大 大降低。大降低。 因為大閥的泄漏量因為大閥的泄漏量 相當于存在一個不受控相當于存在一個不受控 制的旁路管道，所以要制的旁路管道，所以要 求大閥的泄漏量很小。求大閥的泄漏量很小。 PT 7.6.2.3 分程控制的實現(xiàn)分程控制的實現(xiàn) 分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進行壓縮。通過調(diào)分程控制要求調(diào)節(jié)閥的輸入量程進行壓縮。通過調(diào) 整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調(diào)節(jié)閥在整閥門定位器的輸入信號零點和量程，使調(diào)節(jié)閥在 規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。規(guī)定的信號區(qū)段作全行程動作。 （b）分程信號重疊）分程信號重疊 P（MPa） 0 100 0.020.060.10 流量流量 Q（%）例

14、如，使調(diào)節(jié)閥例如，使調(diào)節(jié)閥A在在 0.020.07MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全 行程動作；使調(diào)節(jié)閥行程動作；使調(diào)節(jié)閥B在在 0.050.10MPa范圍內(nèi)作全范圍內(nèi)作全 行程動作。行程動作。 7.6.2.4 分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用 分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多分程控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用廣泛，介紹應(yīng)用比較多 的兩種形式：的兩種形式： 1、用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍、用于擴大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍 有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但有的生產(chǎn)工藝要求控制的流量變化范圍較大，但 是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的是調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍是有限的（國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計柱塞調(diào)國產(chǎn)統(tǒng)一設(shè)計柱塞調(diào) 節(jié)閥

15、可調(diào)范圍節(jié)閥可調(diào)范圍R30）。若采用一個調(diào)節(jié)閥，能夠控。若采用一個調(diào)節(jié)閥，能夠控 制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不制的最大流量和最小流量相差不可能太懸殊，滿足不 了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩了生產(chǎn)上流量大范圍變化的要求，這時可考慮采用兩 個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。個控制閥并聯(lián)的分程控制方案。 例例 某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng)某廠蒸汽壓力減壓系統(tǒng) 用節(jié)流減壓的方法將用節(jié)流減壓的方法將10MPa的高壓蒸汽減壓成的高壓蒸汽減壓成 4MPa的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。的中壓蒸汽。中壓蒸汽的使用量變化很大。 如果只用一個閥門控制，只能選擇大口徑閥。而如果只用一個閥門

16、控制，只能選擇大口徑閥。而 大口徑閥在小開度下工作時，控制效果變差。大口徑閥在小開度下工作時，控制效果變差。 如果用兩個閥分程如果用兩個閥分程 控制，小負荷時只開小控制，小負荷時只開小 閥，負荷增大時再開大閥，負荷增大時再開大 閥。則兩個調(diào)節(jié)閥組合閥。則兩個調(diào)節(jié)閥組合 后，可調(diào)范圍擴大。后，可調(diào)范圍擴大。 PT 設(shè)大小兩個調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為：設(shè)大小兩個調(diào)節(jié)閥的最大流通能力分別為： CBmax=105 m3 、CAmax=4.2m3；可調(diào)范圍均為；可調(diào)范圍均為 R= 30 則兩個閥的最小流通能力分別為：則兩個閥的最小流通能力分別為： CBmin= CBmin / R=105/ 30=3.

17、5 m3 CAmin= CAmin / R=4.2/ 30=0.14 m3 兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時：兩個調(diào)節(jié)閥并聯(lián)使用時： 最小流通能力為：最小流通能力為：Cmin= CAmin =0.14 最大流通能力為：最大流通能力為： Cmax= CBmax+CAmax=107.2 m3 可調(diào)范圍可調(diào)范圍R并 并= Cmax / Cmin=107.2 / 0.14=780 并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了并聯(lián)使用后調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍增大了26倍。倍。 2. 用于一個控制回路需要控制多個操縱量用于一個控制回路需要控制多個操縱量 例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢例如在工業(yè)廢液中和處理工藝中，需要根據(jù)廢

18、液的酸堿性（液的酸堿性（pH值），分別控制加酸量或加堿量。值），分別控制加酸量或加堿量。 MPa 0 100% 0.020.060.10 酸閥酸閥堿閥堿閥 pHT 反反 反反 正正 廢液廢液 pHC 正正 堿液堿液 酸液酸液 中和液中和液 7.7 選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng) 選擇性控制是指由生產(chǎn)過程的控制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到正常選擇性控制是指由生產(chǎn)過程的控制條件所構(gòu)成的邏輯關(guān)系疊加到正常 自動控制系統(tǒng)上的一種控制方法。自動控制系統(tǒng)上的一種控制方法。 選擇過程：選擇過程： 有一套正常控制系統(tǒng)有一套正常控制系統(tǒng) 通過選擇器，在非正常工況時，通過選擇器，在非正常工況時， 另有一套備用（或叫取

19、代）控制系統(tǒng)另有一套備用（或叫取代）控制系統(tǒng) 自動實現(xiàn)由備用控制系統(tǒng)取代正?？刂葡到y(tǒng)。待工況回復(fù)正常后自動通自動實現(xiàn)由備用控制系統(tǒng)取代正?？刂葡到y(tǒng)。待工況回復(fù)正常后自動通 過選擇器又回到正?？刂葡到y(tǒng)。（取代過程是自動的過選擇器又回到正?？刂葡到y(tǒng)。（取代過程是自動的“軟軟”切換）切換） 7.7 選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 有關(guān)低選器和高選器有關(guān)低選器和高選器 低選器低選器 或畫為或畫為 輸出輸出c等于輸入等于輸入a和和b中較小者中較小者 高選器高選器 或畫為或畫為 輸出輸出c等于輸入等于輸入a和和b中較大者中較大者 7.7.1選擇性控制系統(tǒng)的類型選擇性控制系統(tǒng)的類型 選擇性控制系統(tǒng)

20、通過選擇器實現(xiàn)選擇功能。選擇選擇性控制系統(tǒng)通過選擇器實現(xiàn)選擇功能。選擇 器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號進行選擇；器可以接在調(diào)節(jié)器的輸出端，對控制信號進行選擇； 也可以接在變送器的輸出端，對測量信號進行選擇。也可以接在變送器的輸出端，對測量信號進行選擇。 1. 對調(diào)節(jié)器輸出信號進行選擇對調(diào)節(jié)器輸出信號進行選擇 給定給定2 變送器變送器2 執(zhí)行器執(zhí)行器 對象對象 被控量被控量2 給定給定1 變送器變送器1 控制器控制器1 選擇器選擇器 被控量被控量1 干擾干擾 控制器控制器2 正常控制正?？刂?取代控制取代控制 7.7 選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 例：例： 鍋爐系統(tǒng)，要求出口蒸

21、汽壓力平穩(wěn)。鍋爐系統(tǒng)，要求出口蒸汽壓力平穩(wěn)。 為此，設(shè)計蒸汽壓力控制系統(tǒng)：為此，設(shè)計蒸汽壓力控制系統(tǒng)： 被控變量：蒸汽出口壓力被控變量：蒸汽出口壓力 控制變量：燃油量控制變量：燃油量 P1系統(tǒng)是正常的蒸汽壓力單回路系統(tǒng)是正常的蒸汽壓力單回路 反饋控制系統(tǒng)，根據(jù)安全考慮，反饋控制系統(tǒng)，根據(jù)安全考慮， 閥門選閥門選“氣開氣開”型。為保證負反饋，選型。為保證負反饋，選P1 C“反作用反作用” 問題：問題： 在燃油調(diào)節(jié)過程中，噴咀前油壓過高時，有可能出現(xiàn)在燃油調(diào)節(jié)過程中，噴咀前油壓過高時，有可能出現(xiàn)“脫火脫火” 噴咀前油壓過低時，又可能出現(xiàn)噴咀前油壓過低時，又可能出現(xiàn)“回火回火”。 7.7 選擇性控制

22、系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 例：例： 為防止噴咀前油壓過高為防止噴咀前油壓過高 出現(xiàn)出現(xiàn)“脫火脫火”事故，設(shè)計事故，設(shè)計 增加一個備用（取代）增加一個備用（取代） 系統(tǒng)（如圖系統(tǒng)（如圖P2系統(tǒng)）；系統(tǒng)）； 為防止噴咀前油壓過低為防止噴咀前油壓過低 出現(xiàn)出現(xiàn)“回火回火”事故，設(shè)計事故，設(shè)計 增加一個備用（取代）增加一個備用（取代） 系統(tǒng)（如圖系統(tǒng)（如圖P3系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。 7.7 選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 例：例： 7.7 選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 例：例： 系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析： P2油壓控制系統(tǒng)是為防止油壓過高出現(xiàn)油壓控制系統(tǒng)是為防止油壓過高出現(xiàn) “脫火脫火

23、”而設(shè)計的油壓單回路反饋控制系統(tǒng)，而設(shè)計的油壓單回路反饋控制系統(tǒng)， 通過通過“低選器低選器”疊加在正常的蒸汽壓力系統(tǒng)疊加在正常的蒸汽壓力系統(tǒng) 中。自身要滿足負反饋控制，所以選中。自身要滿足負反饋控制，所以選P2 C為為 “反作用反作用”。 一般地，一般地，P2 C的給定值的給定值x2設(shè)為接近設(shè)為接近P油 油允許的上限值，而 允許的上限值，而 P2 C用純比例，且用純比例，且K2取得很大，所以，正常工況時，取得很大，所以，正常工況時，P2 C 的輸出的輸出u2很大，基本處于高飽和狀態(tài)，沒機會輸出。但當很大，基本處于高飽和狀態(tài)，沒機會輸出。但當P 油油較大而接近 較大而接近x2時，時，u2急劇變小

24、，將取代急劇變小，將取代u1成為成為u，通過閥門，通過閥門 關(guān)小燃油，降低關(guān)小燃油，降低P油 油，防止 ，防止“脫火脫火”。P油 油下降后， 下降后，P2 C的輸?shù)妮?出又進入高飽和，退出控制。出又進入高飽和，退出控制。 7.7 選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 例：例： 系統(tǒng)分析：系統(tǒng)分析： P3油壓控制系統(tǒng)是為防止油壓過低出現(xiàn)油壓控制系統(tǒng)是為防止油壓過低出現(xiàn) “回火回火”而設(shè)計的油壓單回路控制系統(tǒng)，通而設(shè)計的油壓單回路控制系統(tǒng)，通 過過“高選器高選器”疊加在正常的蒸汽壓力控制系疊加在正常的蒸汽壓力控制系 統(tǒng)中。自身要滿足負反饋控制，所以選統(tǒng)中。自身要滿足負反饋控制，所以選P3 C

25、為為“反作用反作用”。 一般地，一般地，P3 C的給定值的給定值x3設(shè)為接近設(shè)為接近P油 油允許的下限值（但 允許的下限值（但 比其稍大些），比其稍大些），P3 C用純比例且用純比例且K3取得很大，所以，正常取得很大，所以，正常 工況時，由于工況時，由于P油 油大于 大于x3，而，而K3較大，較大，P3 C的輸出的輸出u3處于低處于低 輸出飽和狀態(tài)，在輸出飽和狀態(tài)，在“高選器高選器”里沒有機會輸出。但當里沒有機會輸出。但當P油 油低 低 到小于到小于x3時，時，P3 C的輸出的輸出u3迅速增大，取代迅速增大，取代u12輸出，控制閥輸出，控制閥 門迅速開大，使門迅速開大，使P油 油上升， 上升，

26、P油 油上升后， 上升后，P3 C的輸出又進入低的輸出又進入低 飽和，退出控制。飽和，退出控制。 7.7 選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)）選擇性控制系統(tǒng)（續(xù)） 注意：注意： 上例中，上例中，取代控制系統(tǒng)（選擇性控制系統(tǒng)）的設(shè)計除借用選擇器取代控制系統(tǒng)（選擇性控制系統(tǒng)）的設(shè)計除借用選擇器 外，取代控制器的外，取代控制器的給定值給定值和和放大系數(shù)放大系數(shù)的設(shè)置也是至關(guān)重要的。的設(shè)置也是至關(guān)重要的。 （否則將難以實現(xiàn)正確的取代控制否則將難以實現(xiàn)正確的取代控制） 選擇性控制系統(tǒng)作為安全保護系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用于工業(yè)過程的其它領(lǐng)選擇性控制系統(tǒng)作為安全保護系統(tǒng)經(jīng)常應(yīng)用于工業(yè)過程的其它領(lǐng) 域，特別在石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)中。域，

27、特別在石油、化工等工業(yè)生產(chǎn)中。 2對變送器輸出信號進行選擇對變送器輸出信號進行選擇 這種系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對變送器輸這種系統(tǒng)的選擇器裝在控制器之前，對變送器輸 出信號進行選擇。用于幾個被控變量的給定值、控制出信號進行選擇。用于幾個被控變量的給定值、控制 規(guī)律都一樣的場合。規(guī)律都一樣的場合。 給定給定 變送器變送器2 執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象 被控量被控量2 變送器變送器1 選擇器選擇器 被控量被控量1 干擾干擾 控制器控制器 正?？刂普？刂?例例2 固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制 反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，而反反應(yīng)器內(nèi)固定床上裝有催化劑以加速反應(yīng)，

28、而反 應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時被冷卻液帶走，溫度過高會燒應(yīng)產(chǎn)生的熱量若不及時被冷卻液帶走，溫度過高會燒 壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動等原因，固壞催化劑。因催化劑的老化、變質(zhì)和流動等原因，固 定床不同位置的溫度可能不同。定床不同位置的溫度可能不同。 在不同位置分別在不同位置分別 安裝溫度傳感器，由安裝溫度傳感器，由 選擇器選出熱點溫度選擇器選出熱點溫度 信號，送入控制器進信號，送入控制器進 行控制。行控制。 冷卻液冷卻液 入料入料 T1T TC 反反 T2T T3T 反應(yīng)器反應(yīng)器 產(chǎn)品產(chǎn)品 反反 給定給定 變送器變送器2 執(zhí)行器執(zhí)行器對象對象3段段 變送器變送器1 選擇器選擇器 被控量被控量

29、1 控制器控制器對象對象2段段對象對象1段段 變送器變送器1 在此設(shè)備中，三在此設(shè)備中，三 點被控溫度是串聯(lián)關(guān)點被控溫度是串聯(lián)關(guān) 系。因此，控制系統(tǒng)系。因此，控制系統(tǒng) 方框圖中對象特性可方框圖中對象特性可 等效為串聯(lián)的三段。等效為串聯(lián)的三段。 冷卻液冷卻液 入料入料 T1T TC 反反 T2T T3T 反應(yīng)器反應(yīng)器 產(chǎn)品產(chǎn)品 反反 7.7.2選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計原則選擇性控制系統(tǒng)的設(shè)計原則 選擇性控制系統(tǒng)是多個常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與選擇性控制系統(tǒng)是多個常規(guī)控制系統(tǒng)的組合。與 常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計相比，主要不同點是選擇器的設(shè)常規(guī)控制系統(tǒng)的設(shè)計相比，主要不同點是選擇器的設(shè) 計選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確

30、定。計選型和調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定。 1選擇器的選型選擇器的選型 選擇器有高值選擇器選擇器有高值選擇器HS與低值選擇器與低值選擇器LS兩種。兩種。 選擇器類型的確定，是根據(jù)執(zhí)行器的作用方向和選擇器類型的確定，是根據(jù)執(zhí)行器的作用方向和 控制回路的切換條件決定的?？刂苹芈返那袚Q條件決定的。 例例1 蒸汽壓力與燃氣壓力的自動選擇控制蒸汽壓力與燃氣壓力的自動選擇控制 例例2 固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制 燃氣燃氣 P2C 鍋爐給水鍋爐給水 蒸汽蒸汽 汽包汽包 爐膛爐膛 選擇器選擇器1 選擇器選擇器2 P3T P3C P2T P1T P1C 正正 反反 反反 反反 例例1 蒸汽

31、壓力與燃氣壓力的自動選擇控制蒸汽壓力與燃氣壓力的自動選擇控制 由于燃氣閥是正作用閥，防止燃氣壓力過高的選由于燃氣閥是正作用閥，防止燃氣壓力過高的選 擇器擇器1就應(yīng)當是低選，防止燃氣壓力過低的選擇器就應(yīng)當是低選，防止燃氣壓力過低的選擇器2就就 應(yīng)當是高選。應(yīng)當是高選。 冷卻液冷卻液 入料入料 T1T TC 反反 T2T T3T 反應(yīng)器反應(yīng)器 產(chǎn)品產(chǎn)品 反反 例例2 固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制固定床反應(yīng)器中熱點溫度的控制 控制思路就是按最高點溫度控制，所有的點的控制思路就是按最高點溫度控制，所有的點的 溫度都不會超標，所以用高選器。溫度都不會超標，所以用高選器。 2調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)

32、規(guī)律的確定 對于正常工況下運行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控對于正常工況下運行的調(diào)節(jié)器，由于有較高的控 制精度要求，可用制精度要求，可用PI調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)或PID調(diào)節(jié)；對于取代調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)；對于取代調(diào)節(jié) 器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護作用，可用器，一般只要求其迅速發(fā)揮保護作用，可用P調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。 燃氣燃氣 P2C 鍋爐給水鍋爐給水 蒸汽蒸汽 汽包汽包 爐膛爐膛 選擇器選擇器1 選擇器選擇器2 P3T P3C P2T P1T P1C 正正 P P PID 3調(diào)節(jié)器參數(shù)整定調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 正常工作調(diào)節(jié)器的整定要求與常規(guī)控制系統(tǒng)相同，正常工作調(diào)節(jié)器的整定要求與常規(guī)控制系統(tǒng)相同， 可按常規(guī)控制系統(tǒng)的整定方法進行整定。

33、對于取代調(diào)可按常規(guī)控制系統(tǒng)的整定方法進行整定。對于取代調(diào) 節(jié)器，要求能及時產(chǎn)生自動保護作用，其比例度節(jié)器，要求能及時產(chǎn)生自動保護作用，其比例度P應(yīng)應(yīng) 整定得小一些。整定得小一些。 燃氣燃氣 P2C 鍋爐給水鍋爐給水 蒸汽蒸汽 汽包汽包 爐膛爐膛 選擇器選擇器1 選擇器選擇器2 P3T P3C P2T P1T P1C 正正 P P PID 7.8 大滯后過程控制系統(tǒng)大滯后過程控制系統(tǒng) 一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響 1、大滯后現(xiàn)象、大滯后現(xiàn)象 例例1： 一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響 （續(xù)）（續(xù)） 例例2： 有測量純滯后

34、有測量純滯后 一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響 （續(xù)）（續(xù)） 2.大純滯后對控制質(zhì)量的影響大純滯后對控制質(zhì)量的影響 （先可直接從反饋控制（先可直接從反饋控制 分析純滯后的影響）分析純滯后的影響） 如圖，系統(tǒng)的特征方程為：如圖，系統(tǒng)的特征方程為： 一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響一、純滯后現(xiàn)象及其對控制質(zhì)量的影響 （續(xù)）（續(xù)） （ 2.大純滯后對控制質(zhì)量的影響）大純滯后對控制質(zhì)量的影響） 二、大純滯后的二、大純滯后的SmithSmith預(yù)估補償控制預(yù)估補償控制 1、Smith預(yù)估補償器的原理及結(jié)構(gòu)預(yù)估補償器的原理及結(jié)構(gòu) 設(shè)如下廣義對象含有純滯后：設(shè)如下廣義對

35、象含有純滯后： 1、Smith預(yù)估補償器的原理及結(jié)構(gòu)預(yù)估補償器的原理及結(jié)構(gòu) （續(xù)）（續(xù)） 引入預(yù)估補償器引入預(yù)估補償器Gb(s)，如下：，如下： 相應(yīng)地，假設(shè)對象無純滯后，相應(yīng)地，假設(shè)對象無純滯后， 其它條件一樣，則：其它條件一樣，則： 希望上述兩系統(tǒng)希望上述兩系統(tǒng) 在特征方程上能夠等價在特征方程上能夠等價 1、Smith預(yù)估補償器的原理及結(jié)構(gòu)預(yù)估補償器的原理及結(jié)構(gòu) （續(xù)）（續(xù)） os bo G (s)G ( )(1 e)s Y(s) Gf(s) X(s) Gc(s)Go(s)e-oS oS _ _ U(s) + F(s) Go(s) + + + + Y(s) e-oS oS _ _ 根據(jù)根據(jù)

36、Smith預(yù)估器的傳遞函數(shù)預(yù)估器的傳遞函數(shù)Gb(s)表達式，就可表達式，就可 得到圖得到圖7.18的的Smith預(yù)估補償控制系統(tǒng)實施框圖。預(yù)估補償控制系統(tǒng)實施框圖。 Y(s) Gf(s) X(s) Gc(s)Go(s)e-oS oS _ _ U(s) + F(s) Go(s) + + + + Y(s) e-oS oS _ _ 可得到設(shè)定值可得到設(shè)定值X(s)與與Y(s)之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為之間的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 os co co G (s)G ( )Y(s) e X(s)1+G (s)G ( ) s s 對比基本的單回路控制系統(tǒng)，對比基本的單回路控制系統(tǒng)， Smith預(yù)估補償控預(yù)估補償控 制系統(tǒng)的特征方程中已不包含制系統(tǒng)的特征方程中已不包含e oS項，即預(yù)估補償消項，即預(yù)估補償消 除了控制通道純滯后對系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。除了控制通道純滯后對系統(tǒng)閉環(huán)穩(wěn)定性的影響。 os co co G (s)G ( )Y(s) e X(s)1+G (s)G ( ) s s o o s co s co G (s)G ( )eY(s) X(s)1+G (s)G ( )e s s 單回路控制單回路控制 預(yù)估