第13章 復(fù)雜控制系統(tǒng)

1、劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 第十三章 復(fù)雜控制系統(tǒng) 隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，單回隨著工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程規(guī)模的擴(kuò)大和復(fù)雜性的增加，單回 路控制系統(tǒng)不足以滿足要求，需要在路控制系統(tǒng)不足以滿足要求，需要在結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)、控制策略控制策略等方等方 面進(jìn)行創(chuàng)新，從而出現(xiàn)了復(fù)雜控制系統(tǒng)與先進(jìn)面進(jìn)行創(chuàng)新，從而出現(xiàn)了復(fù)雜控制系統(tǒng)與先進(jìn)(含智能含智能)控控 制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 本章介紹常見(jiàn)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，對(duì)先進(jìn)本章介紹常見(jiàn)的復(fù)雜控制系統(tǒng)，對(duì)先進(jìn)(含智能含智能)控制控制 系統(tǒng)不作要求。系統(tǒng)不作要求。 第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng)第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng) 第二節(jié)前饋控制系統(tǒng)第二節(jié)前饋控制系統(tǒng) 第三節(jié)其它復(fù)雜控制系統(tǒng)第三節(jié)其它復(fù)雜控制系統(tǒng) 第

2、四節(jié)先進(jìn)控制系統(tǒng)第四節(jié)先進(jìn)控制系統(tǒng) 第五節(jié)智能控制第五節(jié)智能控制 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 第一節(jié)串級(jí)控制系統(tǒng) 一、串級(jí)控制系統(tǒng)組成 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)(cascade control system)是一種常用的復(fù)雜是一種常用的復(fù)雜 控制系統(tǒng)，它根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)命名。由兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器控制系統(tǒng)，它根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)命名。由兩個(gè)或兩個(gè)以上的控制器 串聯(lián)連接組成，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值，串聯(lián)連接組成，一個(gè)控制器的輸出作為另一個(gè)控制器的設(shè)定值， 這類控制系統(tǒng)稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。這類控制系統(tǒng)稱為串級(jí)控制系統(tǒng)。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (一)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 【組成組成】?jī)蓚€(gè)閉環(huán)，內(nèi)環(huán)兩個(gè)閉環(huán)，內(nèi)環(huán)( (副

3、環(huán)副環(huán)) )和外環(huán)和外環(huán)( (主環(huán)主環(huán)) )； 【內(nèi)環(huán)內(nèi)環(huán)】包括副控制器、副對(duì)象、副變送器，組成隨動(dòng)控制包括副控制器、副對(duì)象、副變送器，組成隨動(dòng)控制 系統(tǒng)，給定值由主控制器輸出給定，副控制器輸出系統(tǒng)，給定值由主控制器輸出給定，副控制器輸出 控制控制閥；控制控制閥； 【外環(huán)外環(huán)】包括主控制器、主對(duì)象、主變送器，組成定值控制包括主控制器、主對(duì)象、主變送器，組成定值控制 系統(tǒng)，給定值由工藝設(shè)定，主控制器輸出作為副控系統(tǒng)，給定值由工藝設(shè)定，主控制器輸出作為副控 制器的設(shè)定。制器的設(shè)定。 串級(jí)控制系統(tǒng)框圖串級(jí)控制系統(tǒng)框圖 _ 主控制器主控制器控制閥控制閥副對(duì)象副對(duì)象主對(duì)象主對(duì)象 副檢測(cè)變送副檢測(cè)變送 主

4、檢測(cè)變送主檢測(cè)變送 擾動(dòng)擾動(dòng) y2 擾動(dòng)擾動(dòng) y1 副控制器副控制器 _ 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (二)有關(guān)術(shù)語(yǔ) 主控主控(變變)量：量：指工藝控制指標(biāo)，是在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作指工藝控制指標(biāo)，是在串級(jí)控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作 用的被控量。用的被控量。 副控副控(變變)量：量：為了穩(wěn)定主控變量或某種需要引入的輔助量。為了穩(wěn)定主控變量或某種需要引入的輔助量。 主對(duì)象：主對(duì)象：由主控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備。由主控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備。 副對(duì)象副對(duì)象：由副控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備。：由副控變量表征其主要特性的生產(chǎn)設(shè)備。 主控制器：主控制器：在系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的控制器，按主控變量的測(cè)在系統(tǒng)中起主

5、導(dǎo)作用的控制器，按主控變量的測(cè) 量值與工藝規(guī)定值之間的偏差工作，其輸出作為副控量值與工藝規(guī)定值之間的偏差工作，其輸出作為副控 制器的設(shè)定值。制器的設(shè)定值。 副控制器：副控制器：按副控變量的測(cè)量值與主控制器來(lái)的設(shè)定值之間按副控變量的測(cè)量值與主控制器來(lái)的設(shè)定值之間 的偏差工作，其輸出直接操縱執(zhí)行器。的偏差工作，其輸出直接操縱執(zhí)行器。 主回路：主回路：由主對(duì)象、主測(cè)量變送器、主控制器、副控制器、由主對(duì)象、主測(cè)量變送器、主控制器、副控制器、 控制閥及副對(duì)象構(gòu)成的外回路，亦稱外環(huán)或主環(huán)?？刂崎y及副對(duì)象構(gòu)成的外回路，亦稱外環(huán)或主環(huán)。 副回路：副回路：由副對(duì)象、副測(cè)量變送器、副控制器及控制閥構(gòu)成由副對(duì)象、副

6、測(cè)量變送器、副控制器及控制閥構(gòu)成 的回路，亦稱內(nèi)環(huán)或副環(huán)的回路，亦稱內(nèi)環(huán)或副環(huán) 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 二、串級(jí)控制工作過(guò)程 (一)擾動(dòng)進(jìn)入副回路 溫度控溫度控 制器制器 流量控流量控 制器制器 控制控制 閥閥 流量流量 對(duì)象對(duì)象 溫度溫度 對(duì)象對(duì)象 溫度變溫度變 送器送器 流量變流量變 送器送器 (二)擾動(dòng)進(jìn)入主回路 溫度控溫度控 制器制器 流量控流量控 制器制器 控制控制 閥閥 流量流量 對(duì)象對(duì)象 溫度溫度 對(duì)象對(duì)象 溫度變溫度變 送器送器 流量變流量變 送器送器 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (三)擾動(dòng)同時(shí)進(jìn)入主、副回路 結(jié)論：結(jié)論：串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功 能

7、，控制品質(zhì)優(yōu)于單回路系統(tǒng)，且實(shí)現(xiàn)方便，能，控制品質(zhì)優(yōu)于單回路系統(tǒng)，且實(shí)現(xiàn)方便， 生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普遍。生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用比較普遍。 溫度控溫度控 制器制器 流量控流量控 制器制器 控制控制 閥閥 流量對(duì)流量對(duì) 象象 溫度對(duì)溫度對(duì) 象象 溫度變溫度變 送器送器 流量變流量變 送器送器 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 三、設(shè)計(jì)與應(yīng)用三、設(shè)計(jì)與應(yīng)用 1.容量滯后較大的過(guò)程容量滯后較大的過(guò)程 2.純延時(shí)較大的過(guò)程純延時(shí)較大的過(guò)程 3.干擾變化激烈且幅度干擾變化激烈且幅度 較大的過(guò)程較大的過(guò)程 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 4.參數(shù)相關(guān)聯(lián)的過(guò)程參數(shù)相關(guān)聯(lián)的過(guò)程 5.非線性過(guò)程非線性過(guò)程 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 第二節(jié)前饋控制系統(tǒng) 換熱器進(jìn)料量換熱器

8、進(jìn)料量F1為主要干擾量，換為主要干擾量，換 熱器滯后明顯，單回路反饋控制往往達(dá)熱器滯后明顯，單回路反饋控制往往達(dá) 不到工藝的要求，此時(shí)可采用前饋控制：不到工藝的要求，此時(shí)可采用前饋控制： 通過(guò)測(cè)量進(jìn)料量通過(guò)測(cè)量進(jìn)料量(干擾干擾)，由前饋控制器，由前饋控制器 控制閥門(mén)，改變操縱量以補(bǔ)償進(jìn)料量變控制閥門(mén)，改變操縱量以補(bǔ)償進(jìn)料量變 化化D DF1對(duì)被控量對(duì)被控量(出口溫度出口溫度)的影響。的影響。 前饋控制及其補(bǔ)償原理示意圖前饋控制及其補(bǔ)償原理示意圖 前饋補(bǔ)償前饋補(bǔ)償 干擾干擾 D DF1 一、反饋控制局限與前饋控制的提出一、反饋控制局限與前饋控制的提出 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 二、前饋控制基本概念二、前饋控

9、制基本概念 前饋控制前饋控制是指按照擾動(dòng)產(chǎn)生校正作用的控制方法。是指按照擾動(dòng)產(chǎn)生校正作用的控制方法。 基本原理基本原理：測(cè)取進(jìn)入過(guò)程的擾動(dòng)量：測(cè)取進(jìn)入過(guò)程的擾動(dòng)量( (外界擾動(dòng)和設(shè)定值變外界擾動(dòng)和設(shè)定值變 化化) )，并按照其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變控，并按照其信號(hào)產(chǎn)生合適的控制作用去改變控 制量，已抵消制量，已抵消( (補(bǔ)償補(bǔ)償) )擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。 特點(diǎn)特點(diǎn)：按引起被控量變化的擾動(dòng)大小直接進(jìn)行控制，無(wú)須等：按引起被控量變化的擾動(dòng)大小直接進(jìn)行控制，無(wú)須等 待被控量的變化。待被控量的變化。 三、前饋控制補(bǔ)償原理三、前饋控制補(bǔ)償原理 由前饋控制系統(tǒng)方框圖可得：由前饋控

10、制系統(tǒng)方框圖可得： Y(s)=GFW(s)GP(s)- -GF(s)N(s) 顯然當(dāng)顯然當(dāng)GFW(s)GP(s)- -GF(s)=0時(shí)，擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被控量不會(huì)時(shí)，擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)被控量不會(huì) 產(chǎn)生影響。全補(bǔ)償條件是：產(chǎn)生影響。全補(bǔ)償條件是： F FW P ( ) ( ) ( ) Gs Gs Gs 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 四、前饋控制與反饋控制的區(qū)別四、前饋控制與反饋控制的區(qū)別 控制依據(jù)控制依據(jù)檢測(cè)變量檢測(cè)變量作用時(shí)間作用時(shí)間 反饋控制反饋控制偏差偏差被控量被控量偏差出現(xiàn)后偏差出現(xiàn)后 前饋控制前饋控制擾動(dòng)量大小擾動(dòng)量大小擾動(dòng)量擾動(dòng)量偏差出現(xiàn)前偏差出現(xiàn)前 五、前饋控制類型五、前饋控制類型 (一一)靜態(tài)前饋控制靜態(tài)前饋

11、控制 靜態(tài)前饋控制，是指控制器的輸出量靜態(tài)前饋控制，是指控制器的輸出量mf僅是其輸入量?jī)H是其輸入量D的的 函數(shù)而與時(shí)間無(wú)關(guān)，即函數(shù)而與時(shí)間無(wú)關(guān)，即mf=f(D)。為了便于工程上實(shí)施，這種。為了便于工程上實(shí)施，這種 關(guān)系可以近似表示為線性關(guān)系：關(guān)系可以近似表示為線性關(guān)系：mf =Kf D。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 按照上式，應(yīng)用儀表裝置構(gòu)建前饋系統(tǒng)如下圖。系統(tǒng)不但按照上式，應(yīng)用儀表裝置構(gòu)建前饋系統(tǒng)如下圖。系統(tǒng)不但 實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)F1的前饋控制，同時(shí)還考慮了次要的擾動(dòng)的前饋控制，同時(shí)還考慮了次要的擾動(dòng)F2和和T1i的變的變 化，控制質(zhì)量較高，可把冷流體出口溫度穩(wěn)定在設(shè)定值化，控制質(zhì)量較高，可把冷流體出口溫

12、度穩(wěn)定在設(shè)定值Tx。 例例 圖示換熱器，圖示換熱器， F F1 1為主要擾動(dòng)，為主要擾動(dòng)，F(xiàn) F2 2、 T T1i 1i為次要擾動(dòng)，試設(shè)計(jì)前饋控制系統(tǒng)， 為次要擾動(dòng)，試設(shè)計(jì)前饋控制系統(tǒng)， 以保證以保證T T1o 1o滿足要求 滿足要求( (穩(wěn)定于設(shè)定值穩(wěn)定于設(shè)定值T Tx x) )。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (二二)動(dòng)態(tài)前饋控制動(dòng)態(tài)前饋控制 為了提高動(dòng)態(tài)品質(zhì)，可在靜態(tài)前饋基礎(chǔ)上適當(dāng)加入動(dòng)態(tài)為了提高動(dòng)態(tài)品質(zhì)，可在靜態(tài)前饋基礎(chǔ)上適當(dāng)加入動(dòng)態(tài) 環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)前饋控制。環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)前饋控制。 (三三)前饋前饋反饋控制反饋控制 選擇對(duì)象中最主要的、反饋控制不易克服的擾動(dòng)進(jìn)行前選擇對(duì)象中最主要的、反饋控制不易克

13、服的擾動(dòng)進(jìn)行前 饋控制，其他一些擾動(dòng)則進(jìn)行反饋控制，如下圖。饋控制，其他一些擾動(dòng)則進(jìn)行反饋控制，如下圖。 換熱器前饋換熱器前饋反饋控制方案反饋控制方案 FC TC 換熱器換熱器 FY 冷流體冷流體 F1, T1i + F2,T2i T10 TSP 載載 熱熱 體體 鍋爐汽包液位控制鍋爐汽包液位控制 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 第三節(jié)第三節(jié) 其它復(fù)雜控制系統(tǒng)其它復(fù)雜控制系統(tǒng) 一、比值控制系統(tǒng)一、比值控制系統(tǒng) 使兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)保持一定比值關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱使兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)保持一定比值關(guān)系的控制系統(tǒng)，稱 為為比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)。在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一。在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，

14、必有一 種處于主導(dǎo)地位稱之為種處于主導(dǎo)地位稱之為主物料主物料(主動(dòng)量主動(dòng)量)，其流量稱為主流量，其流量稱為主流量， 用用F1表示；另一種物料則按主物料進(jìn)行配比稱之為表示；另一種物料則按主物料進(jìn)行配比稱之為從物料從物料(從動(dòng)從動(dòng) 量量) ，其流量稱之為從流量或副流量，用，其流量稱之為從流量或副流量，用F2表示。表示。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (一)開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng) 由于是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，若副流量由于是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，若副流量 的溫度、壓力稍有變化，副流量也發(fā)的溫度、壓力稍有變化，副流量也發(fā) 生變化，兩物料間的實(shí)際比值很難保生變化，兩物料間的實(shí)際比值很難保 持不變，因此控制質(zhì)量通常很差，工持不變，因此控制質(zhì)量通

15、常很差，工 業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。 FY F1 F2 FC (二)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 圖中的從流量變送器圖中的從流量變送器FT2、 控制器控制器FC、控制閥、控制閥V2以及對(duì)以及對(duì) 象象(指從流量的檢測(cè)點(diǎn)到執(zhí)行指從流量的檢測(cè)點(diǎn)到執(zhí)行 器之間的一段管道器之間的一段管道)等構(gòu)成一等構(gòu)成一 個(gè)閉合的從動(dòng)回路。個(gè)閉合的從動(dòng)回路。 FY F1 F2 FC FT2 V2 FT1 只能保證只能保證F2的閥門(mén)開(kāi)度與的閥門(mén)開(kāi)度與F1成比例，不能成比例，不能 保證保證F2與與F1成比例。成比例。 能保證能保證F2與與F1成比例。成比例。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (三)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

16、 主、副物料都有各自的控主、副物料都有各自的控 制系統(tǒng)，主物料進(jìn)行定值控制；制系統(tǒng)，主物料進(jìn)行定值控制； 副物料進(jìn)行隨動(dòng)控制。副物料進(jìn)行隨動(dòng)控制。 FY F1 F2 F1C F2C V1 V2 能保證能保證F2與與F1成比例，且能穩(wěn)定成比例，且能穩(wěn)定F1。 (四)變比值控制系統(tǒng) 根據(jù)第三參數(shù)的需根據(jù)第三參數(shù)的需 要而不斷改變兩物料比要而不斷改變兩物料比 值的控制系統(tǒng)就稱為值的控制系統(tǒng)就稱為變變 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (五)比值系數(shù)的計(jì)算 比比 值：值：k =Q2/Q1 比值系數(shù)：比值系數(shù)：K =（I2-4）/（I1-4） 流量與測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)系時(shí)流量與測(cè)量信號(hào)成非線性關(guān)

17、系時(shí) 流量與測(cè)量信號(hào)成線性關(guān)系時(shí)流量與測(cè)量信號(hào)成線性關(guān)系時(shí) 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) (七)比值控制實(shí)施問(wèn)題 具體實(shí)現(xiàn)方案有兩種具體實(shí)現(xiàn)方案有兩種: : 2.2.把一個(gè)流量的測(cè)量值乘以把一個(gè)流量的測(cè)量值乘以 比值系數(shù)，其乘積作為副調(diào)比值系數(shù)，其乘積作為副調(diào) 節(jié)器的設(shè)定值，稱為相乘控節(jié)器的設(shè)定值，稱為相乘控 制方案。制方案。 1.1.把兩個(gè)流量的測(cè)量值相除，把兩個(gè)流量的測(cè)量值相除， 其商作為調(diào)節(jié)器的反饋值，其商作為調(diào)節(jié)器的反饋值， 稱為相除控制方案。稱為相除控制方案。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （一）概述（一）概述 一般的過(guò)程控制系統(tǒng)是在正常工況下，為保證生產(chǎn)過(guò)程的物一般的過(guò)程控制系統(tǒng)是在正常工況下，為保證生產(chǎn)過(guò)程的物

18、 料平衡、能量平衡和生產(chǎn)安全而設(shè)計(jì)的，它們沒(méi)有考慮到在事故料平衡、能量平衡和生產(chǎn)安全而設(shè)計(jì)的，它們沒(méi)有考慮到在事故 狀態(tài)下的安全生產(chǎn)問(wèn)題。但當(dāng)操作條件到達(dá)安全極限時(shí)，應(yīng)有保狀態(tài)下的安全生產(chǎn)問(wèn)題。但當(dāng)操作條件到達(dá)安全極限時(shí)，應(yīng)有保 護(hù)性措施。如大型透平壓縮機(jī)的防喘振、化學(xué)反應(yīng)器的安全操作護(hù)性措施。如大型透平壓縮機(jī)的防喘振、化學(xué)反應(yīng)器的安全操作 及鍋爐燃燒系統(tǒng)的防脫火和防回火等。及鍋爐燃燒系統(tǒng)的防脫火和防回火等。 事故狀態(tài)下的保護(hù)性措施大致可分成兩種：事故狀態(tài)下的保護(hù)性措施大致可分成兩種： 一種是自動(dòng)報(bào)警，然后由人工進(jìn)行處理，或采用自動(dòng)連鎖、一種是自動(dòng)報(bào)警，然后由人工進(jìn)行處理，或采用自動(dòng)連鎖、 自

19、動(dòng)停機(jī)的方法進(jìn)行保護(hù)，稱為自動(dòng)停機(jī)的方法進(jìn)行保護(hù)，稱為“硬保護(hù)硬保護(hù)”。 另一種措施稱為另一種措施稱為“軟保護(hù)軟保護(hù)”，即所謂的，即所謂的選擇性控制系統(tǒng)選擇性控制系統(tǒng)。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （二）系統(tǒng)的類型及工作過(guò)程（二）系統(tǒng)的類型及工作過(guò)程 1.選擇調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)選擇調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào) 對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)框圖為：對(duì)調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)進(jìn)行選擇的系統(tǒng)框圖為： 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) ： 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng)壓縮機(jī)防喘振控制系統(tǒng) 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 2.選擇變送器的輸出信號(hào)選擇變送器的輸出信號(hào) 這種系統(tǒng)至少采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的變送器。變送器的這種系統(tǒng)至少采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的變送器。變送器的 輸出信

20、號(hào)均送入選擇器，選擇器選擇符合工藝要求的信號(hào)反輸出信號(hào)均送入選擇器，選擇器選擇符合工藝要求的信號(hào)反 饋至調(diào)節(jié)器。饋至調(diào)節(jié)器。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 例：例：化學(xué)反應(yīng)過(guò)程峰值溫度自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)流程圖化學(xué)反應(yīng)過(guò)程峰值溫度自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)流程圖 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 在自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)中，若采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器，在自動(dòng)選擇性控制系統(tǒng)中，若采用兩個(gè)調(diào)節(jié)器， 其中必有一個(gè)為正常調(diào)節(jié)器，另一個(gè)為取代調(diào)節(jié)器。其中必有一個(gè)為正常調(diào)節(jié)器，另一個(gè)為取代調(diào)節(jié)器。 對(duì)于正常調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度而應(yīng)選用對(duì)于正常調(diào)節(jié)器，由于有較高的控制精度而應(yīng)選用 PIPI或或PIDPID調(diào)節(jié)規(guī)律；對(duì)于取代調(diào)節(jié)器，由于在正常調(diào)節(jié)規(guī)律；對(duì)于取代

21、調(diào)節(jié)器，由于在正常 生產(chǎn)中開(kāi)環(huán)備用，僅在生產(chǎn)將要出現(xiàn)事故時(shí)，才迅生產(chǎn)中開(kāi)環(huán)備用，僅在生產(chǎn)將要出現(xiàn)事故時(shí)，才迅 速動(dòng)作，以防事故發(fā)生，故一般選用速動(dòng)作，以防事故發(fā)生，故一般選用P P調(diào)節(jié)規(guī)律即調(diào)節(jié)規(guī)律即 可。可。 （三）、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定（三）、調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的確定 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng)間歇式化學(xué)反應(yīng)器分程控制系統(tǒng) 在一般的控制系統(tǒng)在一般的控制系統(tǒng) 中，調(diào)節(jié)器的輸出只控中，調(diào)節(jié)器的輸出只控 制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，但在某制一個(gè)調(diào)節(jié)閥，但在某 些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工些工業(yè)生產(chǎn)中，根據(jù)工 藝要求，需將調(diào)節(jié)器的藝要求，需將調(diào)節(jié)器的 輸出信號(hào)分段，去分別輸出信號(hào)分段，去分別 控制兩個(gè)或兩個(gè)

22、以上的控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的 調(diào)節(jié)閥。這種控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)閥。這種控制系統(tǒng) 通常稱為：通常稱為：分程控制系分程控制系 統(tǒng)。統(tǒng)。 （一）定義（一）定義 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （二）方框圖（二）方框圖 （三）控制閥動(dòng)作方向 1.同向動(dòng)作同向動(dòng)作 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 2.異向動(dòng)作 分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是屬于單回路控制系統(tǒng)。分程控制系統(tǒng)本質(zhì)上是屬于單回路控制系統(tǒng)。 由于調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)要進(jìn)行分程而且所用調(diào)節(jié)閥較多，由于調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)要進(jìn)行分程而且所用調(diào)節(jié)閥較多， 所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也有一些特殊之處。所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上也有一些特殊之處。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 分程分程即將調(diào)節(jié)器輸出分成幾個(gè)區(qū)段，一段信號(hào)控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥。即將調(diào)節(jié)器輸出分

23、成幾個(gè)區(qū)段，一段信號(hào)控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥。 1.1.調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的分程調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的分程 2.調(diào)節(jié)閥特性選擇與注意的問(wèn)題調(diào)節(jié)閥特性選擇與注意的問(wèn)題 同向與異向的選擇：同向與異向的選擇：根據(jù)工藝要求選擇同向工作或異向工作的調(diào)節(jié)閥根據(jù)工藝要求選擇同向工作或異向工作的調(diào)節(jié)閥 流量特性的平滑銜接：流量特性的平滑銜接：在分程控制中，當(dāng)把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥作為一個(gè)調(diào)節(jié)閥在分程控制中，當(dāng)把兩個(gè)調(diào)節(jié)閥作為一個(gè)調(diào)節(jié)閥 使用時(shí)，要求分程點(diǎn)處的流量特性平滑。使用時(shí)，要求分程點(diǎn)處的流量特性平滑。 調(diào)節(jié)閥的泄露量：調(diào)節(jié)閥的泄露量：在分程控制系統(tǒng)中，必須保證在調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)無(wú)泄漏在分程控制系統(tǒng)中，必須保證在調(diào)節(jié)閥全關(guān)時(shí)無(wú)泄漏 或泄漏

24、量極小?；蛐孤┝繕O小。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （五）工業(yè)應(yīng)用（五）工業(yè)應(yīng)用 1.1.用于節(jié)能控制，減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。用于節(jié)能控制，減少能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。 2.2.用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍用于擴(kuò)大調(diào)節(jié)閥的可調(diào)范圍 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 3.3.用于兩個(gè)不同控制介質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程用于兩個(gè)不同控制介質(zhì)的生產(chǎn)過(guò)程 廢液中和過(guò)程分程控制廢液中和過(guò)程分程控制 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 4.4.滿足生產(chǎn)過(guò)程不同階段的需要滿足生產(chǎn)過(guò)程不同階段的需要 B(氣開(kāi)) A(氣關(guān)) 蒸汽 0.020.060.1 0 A B 100 冷卻水 TTTC P(MPa) l/L(%) 5.5.交替使用不同控制方式，保證設(shè)備安全交替使用不同控制方式，保

25、證設(shè)備安全 如圖所示，貯罐頂部充填如圖所示，貯罐頂部充填 氮?dú)?，頂部氮?dú)鈮毫Φ獨(dú)?，頂部氮?dú)鈮毫一般為微一般為微 正壓。生產(chǎn)過(guò)程中，隨著液位正壓。生產(chǎn)過(guò)程中，隨著液位 的變化，的變化，P會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。液位上會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。液位上 升，升，P上升，超過(guò)一定數(shù)值，貯上升，超過(guò)一定數(shù)值，貯 罐會(huì)被鼓壞；液位下降，罐會(huì)被鼓壞；液位下降，P下降，下降， 降至一定數(shù)值，貯罐會(huì)被吸癟。降至一定數(shù)值，貯罐會(huì)被吸癟。 故設(shè)置分程控制系統(tǒng)以保證儲(chǔ)故設(shè)置分程控制系統(tǒng)以保證儲(chǔ) 罐安全。罐安全。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （一）問(wèn)題提出（一）問(wèn)題提出 A B LC LT FC FT 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 圖圖a a圖圖c c是普通的單回路控制系

26、統(tǒng)的控制結(jié)果，只有圖是普通的單回路控制系統(tǒng)的控制結(jié)果，只有圖b b才體現(xiàn)了均勻控才體現(xiàn)了均勻控 制的思想，即制的思想，即L L和和F F都緩慢波動(dòng)且都穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。都緩慢波動(dòng)且都穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。 將液位控制與流量控制統(tǒng)一在一個(gè)控制系統(tǒng)中，從系統(tǒng)內(nèi)將液位控制與流量控制統(tǒng)一在一個(gè)控制系統(tǒng)中，從系統(tǒng)內(nèi) 部解決兩種工藝參數(shù)供求之間的矛盾，即使部解決兩種工藝參數(shù)供求之間的矛盾，即使A A塔的液位在允許塔的液位在允許 的范圍內(nèi)波動(dòng)的同時(shí)，也使流量平穩(wěn)緩慢地變化。的范圍內(nèi)波動(dòng)的同時(shí)，也使流量平穩(wěn)緩慢地變化。 均勻控制的設(shè)計(jì)思想：均勻控制的設(shè)計(jì)思想： 自動(dòng)控制時(shí)前后設(shè)備的液位、流量關(guān)系自動(dòng)控制時(shí)前后設(shè)備

27、的液位、流量關(guān)系 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （二）均勻控制的特點(diǎn)（二）均勻控制的特點(diǎn) 1.1.結(jié)構(gòu)上無(wú)特殊性結(jié)構(gòu)上無(wú)特殊性 同樣一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強(qiáng)弱不一，既可以是單回同樣一個(gè)單回路液位控制系統(tǒng)，由于控制作用強(qiáng)弱不一，既可以是單回 路定值控制系統(tǒng)，也可以是均勻控制系統(tǒng)。因此均勻控制是靠降低控制回路路定值控制系統(tǒng)，也可以是均勻控制系統(tǒng)。因此均勻控制是靠降低控制回路 的靈敏度而不是靠結(jié)構(gòu)變化獲得的。的靈敏度而不是靠結(jié)構(gòu)變化獲得的。 2.2.參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化參數(shù)有變化，而且是緩慢地變化 因?yàn)榫鶆蚩刂剖乔昂笤O(shè)備物料供求之間的均勻，所以表征兩個(gè)物料的參因?yàn)榫鶆蚩刂剖乔昂笤O(shè)備物料供求之間

28、的均勻，所以表征兩個(gè)物料的參 數(shù)都不應(yīng)是某一固定值。那種試圖把兩個(gè)參數(shù)都穩(wěn)定不變的想法絕非均勻控?cái)?shù)都不應(yīng)是某一固定值。那種試圖把兩個(gè)參數(shù)都穩(wěn)定不變的想法絕非均勻控 制的目的。無(wú)需將兩個(gè)參數(shù)平均分配，而是視前后設(shè)備的特性及重要件等因制的目的。無(wú)需將兩個(gè)參數(shù)平均分配，而是視前后設(shè)備的特性及重要件等因 素來(lái)確定其主次。素來(lái)確定其主次。 3.3.參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化參數(shù)應(yīng)在限定范圍內(nèi)變化 在均勻控制系統(tǒng)中，被控變量是非單一、非定值的，允許它們?cè)谝欢ǖ脑诰鶆蚩刂葡到y(tǒng)中，被控變量是非單一、非定值的，允許它們?cè)谝欢ǖ?范圍內(nèi)變化。范圍內(nèi)變化。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) 均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括：控制方案的選擇、調(diào)節(jié)

29、規(guī)均勻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括：控制方案的選擇、調(diào)節(jié)規(guī) 律的選擇、調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定等。律的選擇、調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定等。 1.控制方案的選擇控制方案的選擇 （1）簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)）簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng) 注意：注意：當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較大時(shí)，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)閥開(kāi)度當(dāng)調(diào)節(jié)閥兩端的壓差變化較大時(shí)，流量大小不僅取決于調(diào)節(jié)閥開(kāi)度 的大小，還將受到壓差波動(dòng)的影響。的大小，還將受到壓差波動(dòng)的影響。 劉玉長(zhǎng)劉玉長(zhǎng) （2）串級(jí)均勻控制系統(tǒng)）串級(jí)均勻控制系統(tǒng) 為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動(dòng)和被控過(guò)程的自平衡待性對(duì)流量的影為了克服調(diào)節(jié)閥前后壓力波動(dòng)和被控過(guò)程的自平衡待性對(duì)流量的影 響，設(shè)計(jì)了以流量為副參數(shù)、以液位為主參數(shù)的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。響，設(shè)計(jì)了以流量為副參數(shù)、以液位為主參數(shù)的串級(jí)均勻控制系統(tǒng)。 從結(jié)構(gòu)上看，從結(jié)構(gòu)上看，它與一般的液位和流量串級(jí)控制系統(tǒng)是一致的。但這里它與一般的液位和流量串級(jí)控制系統(tǒng)是一致的。但這里 采用串級(jí)形式的目的并不是為了