第6講復(fù)雜控制策略

1、1過程控制策略過程控制策略n開關(guān)（開關(guān)（ON/OFF）控制）控制nPID控制控制uPID控制算法、數(shù)字控制算法、數(shù)字PID算法算法uPID改進(jìn)算法改進(jìn)算法n復(fù)雜過程控制復(fù)雜過程控制u串級(jí)控制、前饋控制、解耦控制等串級(jí)控制、前饋控制、解耦控制等n先進(jìn)過程控制（先進(jìn)過程控制（APC）u預(yù)測(cè)控制、智能控制等預(yù)測(cè)控制、智能控制等2第六講第六講 復(fù)雜控制策略復(fù)雜控制策略n6.1 串級(jí)控制串級(jí)控制n6.2 前饋及時(shí)滯控制前饋及時(shí)滯控制n6.3 解耦控制解耦控制n6.4 比值控制比值控制n6.5 均勻及超馳控制均勻及超馳控制n6.6 分程控制分程控制36.1 串級(jí)控制串級(jí)控制n6.1.1 引言引言溫度單回路

2、控制系統(tǒng)：溫度單回路控制系統(tǒng)：若溫度變化較大，若溫度變化較大，如何解決？如何解決？TTTC飽和蒸汽飽和蒸汽加熱物料加熱物料46.1.1 引言引言n人工控制的解決辦法人工控制的解決辦法u仿照人工操作，仿照人工操作，不僅觀察容器不僅觀察容器內(nèi)的溫度，還要觀察入口蒸汽流量?jī)?nèi)的溫度，還要觀察入口蒸汽流量！u溫度低，則開大蒸汽閥門；若蒸汽流量不夠，及時(shí)溫度低，則開大蒸汽閥門；若蒸汽流量不夠，及時(shí)再開大閥門，直到得到希望的溫度為止。再開大閥門，直到得到希望的溫度為止。u若不觀察蒸汽流量量，只開大或關(guān)小閥門的，則很若不觀察蒸汽流量量，只開大或關(guān)小閥門的，則很有可能調(diào)節(jié)過頭或感覺不及時(shí)！有可能調(diào)節(jié)過頭或感覺不

3、及時(shí)！u這其實(shí)就是過程控制中所謂的這其實(shí)就是過程控制中所謂的“串級(jí)控制串級(jí)控制”思想。思想。TTTC56.1.1 引言引言n溫度串級(jí)控制解決方案溫度串級(jí)控制解決方案66.1.1 引言引言n溫度串級(jí)控制解決方案溫度串級(jí)控制解決方案n與單回路控制相比，增加了一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)流量控與單回路控制相比，增加了一個(gè)流量計(jì)和一個(gè)流量控制器。制器。76.1.2 串級(jí)控制結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)n（一）串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)（一）串級(jí)控制的結(jié)構(gòu)86.1.2 串級(jí)控制結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)串級(jí)控制結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)n（二）串級(jí)控制的特點(diǎn)（二）串級(jí)控制的特點(diǎn)u1、串級(jí)控制系統(tǒng)有主、副兩個(gè)閉合回路。、串級(jí)控制系統(tǒng)有主、副兩個(gè)閉合回路。 主回

4、路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。主回路是定值控制系統(tǒng)，而副回路是隨動(dòng)控制系統(tǒng)。u2、副回路具有先調(diào)、粗調(diào)、快調(diào)的特點(diǎn)；主回路、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。完全克服掉的干擾影響能徹底加以克服。96.1.3 串級(jí)控制性能分析及仿真串級(jí)控制性能分析及仿真n（一）串級(jí)控制性能分析（一）串級(jí)控制性能分析u1、增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力、增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力 串級(jí)控制系統(tǒng)的副環(huán)能夠有效地克服串級(jí)控制系統(tǒng)的副環(huán)能夠有效地克服二次擾動(dòng)的影響。二次擾動(dòng)的影響。106.1.3

5、 串級(jí)控制性能分析及仿真串級(jí)控制性能分析及仿真n（一）串級(jí)控制性能分析（一）串級(jí)控制性能分析u2、改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率、改善對(duì)象動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率 串級(jí)控制系統(tǒng)的副環(huán)具有較快的響應(yīng)串級(jí)控制系統(tǒng)的副環(huán)具有較快的響應(yīng)速度，提高了系統(tǒng)的工作效率。速度，提高了系統(tǒng)的工作效率。116.1.4 串級(jí)控制設(shè)計(jì)串級(jí)控制設(shè)計(jì)n（二）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配（二）主、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)匹配u1、若副回路設(shè)計(jì)得太大，主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)比、若副回路設(shè)計(jì)得太大，主、副對(duì)象時(shí)間常數(shù)比較接近，易引起較接近，易引起“共振共振”問題。問題。 u2、串級(jí)控制系統(tǒng)的主、副回路既獨(dú)立又密切相關(guān)。、串級(jí)控制系統(tǒng)

6、的主、副回路既獨(dú)立又密切相關(guān)。126.1.4 串級(jí)控制設(shè)計(jì)串級(jí)控制設(shè)計(jì)n（三）（三）主副控制器控制規(guī)律的選擇主副控制器控制規(guī)律的選擇u主控制器一般選主控制器一般選PI或或PID控制規(guī)律；控制規(guī)律；u副控制器一般選副控制器一般選P或或PI控制規(guī)律：控制規(guī)律：n對(duì)于溫度副回路過程，若采用積分，會(huì)減弱副回對(duì)于溫度副回路過程，若采用積分，會(huì)減弱副回路的快速作用；但對(duì)流量副回路過程常采用路的快速作用；但對(duì)流量副回路過程常采用PIPI規(guī)規(guī)律。律。n作為隨動(dòng)環(huán)節(jié)，由于給定值經(jīng)常變化，顯然不宜作為隨動(dòng)環(huán)節(jié)，由于給定值經(jīng)常變化，顯然不宜引入微分規(guī)律。若確需引入，可采用微分先行規(guī)引入微分規(guī)律。若確需引入，可采用微

7、分先行規(guī)律。律。136.1.4 串級(jí)控制設(shè)計(jì)串級(jí)控制設(shè)計(jì)n（四）（四）串級(jí)控制系統(tǒng)投運(yùn)串級(jí)控制系統(tǒng)投運(yùn)u先副回路，后主回路；先副回路，后主回路；u副回路或主回路投運(yùn)步驟與單回路相同。副回路或主回路投運(yùn)步驟與單回路相同。u無(wú)擾動(dòng)切換。無(wú)擾動(dòng)切換。146.1.4 串級(jí)控制設(shè)計(jì)串級(jí)控制設(shè)計(jì)n（五）（五）串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定u串級(jí)控制系統(tǒng)主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，要求主串級(jí)控制系統(tǒng)主回路是一個(gè)定值控制系統(tǒng)，要求主參數(shù)有較高的控制精度，其品質(zhì)指標(biāo)與單回路定值參數(shù)有較高的控制精度，其品質(zhì)指標(biāo)與單回路定值控制系統(tǒng)一樣?？刂葡到y(tǒng)一樣。u副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，只要求副參數(shù)能快速而準(zhǔn)副回路是一

8、個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，只要求副參數(shù)能快速而準(zhǔn)確地跟隨主控制器的輸出變化即可。確地跟隨主控制器的輸出變化即可。 u在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)采用先副后主的整定在工程實(shí)踐中，串級(jí)控制系統(tǒng)采用先副后主的整定方式。方式。156.1.4 串級(jí)控制設(shè)計(jì)串級(jí)控制設(shè)計(jì)n（五）（五）串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)參數(shù)整定u整定步驟整定步驟: :n斷開主回路，把副回路按單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)斷開主回路，把副回路按單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定，求取副控制器的整定參數(shù)值。整定，求取副控制器的整定參數(shù)值。 n閉合主回路，將副回路作為一個(gè)等效環(huán)節(jié)，按單閉合主回路，將副回路作為一個(gè)等效環(huán)節(jié)，按單回路整定方法，求取主控制器的整定參數(shù)值。回

9、路整定方法，求取主控制器的整定參數(shù)值。166.1.5 串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例n主要應(yīng)用場(chǎng)合：主要應(yīng)用場(chǎng)合：u用于克服被控過程較大的容量滯后或純滯后；用于克服被控過程較大的容量滯后或純滯后； u用于抑制變化劇烈而且幅度較大的擾動(dòng)；用于抑制變化劇烈而且幅度較大的擾動(dòng)；u用于克服被控過程的非線性。用于克服被控過程的非線性。176.1.5 串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例 n在冶金行業(yè)選礦在冶金行業(yè)選礦工藝中，大量使工藝中，大量使用礦石破碎機(jī)對(duì)用礦石破碎機(jī)對(duì)礦石進(jìn)行破碎。礦石進(jìn)行破碎。n破碎系統(tǒng)的主體破碎系統(tǒng)的主體設(shè)備是破碎機(jī)，設(shè)備是破碎機(jī)，要求給礦料位穩(wěn)要求給礦料位穩(wěn)定。定。 186.1.

10、5 串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例n下礦量的波動(dòng)（如粒度、下礦量的波動(dòng)（如粒度、粘度發(fā)生變化）是系統(tǒng)中粘度發(fā)生變化）是系統(tǒng)中的一個(gè)主要擾動(dòng)。的一個(gè)主要擾動(dòng)。n若僅以機(jī)腔料位作為被控若僅以機(jī)腔料位作為被控參數(shù)構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)，參數(shù)構(gòu)成單回路控制系統(tǒng)，當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，由于給礦當(dāng)擾動(dòng)發(fā)生后，由于給礦皮帶的傳輸需要一定的時(shí)皮帶的傳輸需要一定的時(shí)間，即存在純滯后，單回間，即存在純滯后，單回路控制系統(tǒng)往往會(huì)引起很路控制系統(tǒng)往往會(huì)引起很大的超調(diào)，甚至振蕩。大的超調(diào)，甚至振蕩。 196.1.5 串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例n為了克服系統(tǒng)的純滯后，決定采用串級(jí)控制：為了克服系統(tǒng)的純滯后，決定采用串級(jí)控制：

11、即在給礦皮帶上安裝皮帶秤，以給礦量為副參即在給礦皮帶上安裝皮帶秤，以給礦量為副參數(shù)、以機(jī)腔料位為主參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)數(shù)、以機(jī)腔料位為主參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)。206.1.5 串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例串級(jí)控制應(yīng)用實(shí)例n主控制器（料位控制器）采用主控制器（料位控制器）采用PI規(guī)律，反作用；規(guī)律，反作用；n副控制器（礦量控制器）采用副控制器（礦量控制器）采用PI規(guī)律，反作用。規(guī)律，反作用。n投運(yùn)：先皮帶秤、料位計(jì)投運(yùn)；手動(dòng)操縱電液投運(yùn)：先皮帶秤、料位計(jì)投運(yùn)；手動(dòng)操縱電液推桿控制下礦量；穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后無(wú)擾動(dòng)推桿控制下礦量；穩(wěn)定運(yùn)行一段時(shí)間后無(wú)擾動(dòng)切換，并整定。切換，并整定。216.2 前饋及時(shí)滯控制前饋及

12、時(shí)滯控制 n前饋控制前饋控制u結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)u靜態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋靜態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋u前饋前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng)n時(shí)間滯后控制系統(tǒng)時(shí)間滯后控制系統(tǒng)uSmith預(yù)估補(bǔ)償方案預(yù)估補(bǔ)償方案u采樣控制方案采樣控制方案226.2.1 前饋控制前饋控制 n（一）引言（一）引言u(píng)原油加熱爐出口溫度的控制原油加熱爐出口溫度的控制若原油流量是主要擾動(dòng)，那么該如何處理？若原油流量是主要擾動(dòng)，那么該如何處理？T1TT2C燃料原油T1CT2T原油是生產(chǎn)原油是生產(chǎn)負(fù)荷！不可負(fù)荷！不可調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。236.2.1 前饋控制前饋控制 u人工控制的基本思想人工控制的基本思想（1）若原油流量不可調(diào)

13、節(jié)，）若原油流量不可調(diào)節(jié)，而擾動(dòng)幅度又大，則可測(cè)量而擾動(dòng)幅度又大，則可測(cè)量原油流量，據(jù)此及時(shí)調(diào)節(jié)燃原油流量，據(jù)此及時(shí)調(diào)節(jié)燃料閥門的開度，以減少對(duì)出料閥門的開度，以減少對(duì)出口溫度的影響。口溫度的影響。 （2）這就是所謂）這就是所謂“前饋控制前饋控制（Feed Forward）”的基的基本思想：若無(wú)法控制此擾動(dòng)，本思想：若無(wú)法控制此擾動(dòng)，則測(cè)量它，且不等擾動(dòng)影響則測(cè)量它，且不等擾動(dòng)影響到被控量就提前及時(shí)調(diào)節(jié)。到被控量就提前及時(shí)調(diào)節(jié)。24（二）前饋控制的結(jié)構(gòu)（二）前饋控制的結(jié)構(gòu)u 前饋控制器；前饋控制器； u 過程控制通道傳遞函數(shù)；過程控制通道傳遞函數(shù)； u 過程擾動(dòng)通道傳遞函數(shù)。過程擾動(dòng)通道傳遞函

14、數(shù)。)(sGff)(sGp)(sGd開環(huán)結(jié)構(gòu)開環(huán)結(jié)構(gòu)25（三）前饋控制設(shè)計(jì)原理（三）前饋控制設(shè)計(jì)原理 n1 1、“不變性不變性”原理原理u在擾動(dòng)作用下，使控制系統(tǒng)的被控量與擾動(dòng)作用完在擾動(dòng)作用下，使控制系統(tǒng)的被控量與擾動(dòng)作用完全無(wú)關(guān)（或在一定準(zhǔn)確度下無(wú)關(guān)）。全無(wú)關(guān)（或在一定準(zhǔn)確度下無(wú)關(guān)）。26（三）前饋控制設(shè)計(jì)原理（三）前饋控制設(shè)計(jì)原理 n2 2、前饋控制器、前饋控制器u由不變性原理由不變性原理, ,前饋控制器是由過程擾動(dòng)通道與控前饋控制器是由過程擾動(dòng)通道與控制通道特性之比決定的，即：制通道特性之比決定的，即：)()()(sGsGsGpdff 27（三）前饋控制設(shè)計(jì)原理（三）前饋控制設(shè)計(jì)原理

15、n3 3、前饋控制的必要條件、前饋控制的必要條件u“可測(cè)可測(cè)”：指擾動(dòng)量可以通過測(cè)量變送器，在線地：指擾動(dòng)量可以通過測(cè)量變送器，在線地將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能按受的信號(hào)。將其轉(zhuǎn)換為前饋補(bǔ)償器所能按受的信號(hào)。u“不可控不可控”：指這些擾動(dòng)量不可以通過控制回路予：指這些擾動(dòng)量不可以通過控制回路予以控制。以控制。 如之前的生產(chǎn)負(fù)荷。如之前的生產(chǎn)負(fù)荷。284 4、前饋控制與反饋控制比較、前饋控制與反饋控制比較反饋控制反饋控制前饋控制前饋控制控制依據(jù)控制依據(jù)基于偏差來消除偏差?；谄顏硐??；跀_動(dòng)來消除擾動(dòng)對(duì)被控基于擾動(dòng)來消除擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。量的影響?？刂谱饔每刂谱饔冒l(fā)生時(shí)間發(fā)生時(shí)間總要等到

16、引起被控量發(fā)生偏差總要等到引起被控量發(fā)生偏差后，控制器才動(dòng)作，是一種后，控制器才動(dòng)作，是一種“不及時(shí)不及時(shí)”的控制。的控制。擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器擾動(dòng)發(fā)生后，前饋控制器“及時(shí)及時(shí)”動(dòng)作。動(dòng)作。控制結(jié)構(gòu)控制結(jié)構(gòu)閉環(huán)控制。存在穩(wěn)定性問題。閉環(huán)控制。存在穩(wěn)定性問題。開環(huán)控制。只要各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，開環(huán)控制。只要各環(huán)節(jié)穩(wěn)定，則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。則控制系統(tǒng)必然穩(wěn)定。校正范圍校正范圍可消除被包圍在閉環(huán)內(nèi)的一切可消除被包圍在閉環(huán)內(nèi)的一切擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。擾動(dòng)對(duì)被控量的影響。只對(duì)被前饋的擾動(dòng)有校正作只對(duì)被前饋的擾動(dòng)有校正作用，具有指定性補(bǔ)償局限性。用，具有指定性補(bǔ)償局限性?？刂埔?guī)律控制規(guī)律通常是通常是P、PI、P

17、D、PID等典型等典型規(guī)律。規(guī)律。取決于過程擾動(dòng)通道與控制取決于過程擾動(dòng)通道與控制通道特性之比。通道特性之比。29（四）（四）靜態(tài)前饋與動(dòng)態(tài)前饋靜態(tài)前饋與動(dòng)態(tài)前饋 n1 1、靜態(tài)前饋、靜態(tài)前饋u工程上要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償是很難的，所以一般要求控工程上要實(shí)現(xiàn)完全補(bǔ)償是很難的，所以一般要求控制系統(tǒng)能在一定準(zhǔn)確度下獲得近似補(bǔ)償：制系統(tǒng)能在一定準(zhǔn)確度下獲得近似補(bǔ)償： u或者，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工況下被控量與擾動(dòng)無(wú)關(guān)：或者，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工況下被控量與擾動(dòng)無(wú)關(guān)： u靜態(tài)前饋控制器采用靜態(tài)前饋控制器采用比例控制比例控制，是前饋模型中最簡(jiǎn)，是前饋模型中最簡(jiǎn)單的形式：?jiǎn)蔚男问剑?ffpdffKsGsGsG )()()(0)(

18、,)( tdty 0)( , 0)(lim tdtyt30（四）（四）靜態(tài)前饋與動(dòng)態(tài)前饋靜態(tài)前饋與動(dòng)態(tài)前饋 n2 2、動(dòng)態(tài)前饋、動(dòng)態(tài)前饋u當(dāng)工藝上對(duì)控制精度要求很高，靜態(tài)方案難以滿足當(dāng)工藝上對(duì)控制精度要求很高，靜態(tài)方案難以滿足時(shí)，可考慮使用動(dòng)態(tài)前饋方案。時(shí)，可考慮使用動(dòng)態(tài)前饋方案。 u為避免對(duì)擾動(dòng)通道及控制通道數(shù)學(xué)模型的過分依賴，為避免對(duì)擾動(dòng)通道及控制通道數(shù)學(xué)模型的過分依賴，且便于整定，根據(jù)被控過程的非周期、過阻尼特性，且便于整定，根據(jù)被控過程的非周期、過阻尼特性，動(dòng)態(tài)前饋系統(tǒng)常采用如下典型的控制規(guī)律：動(dòng)態(tài)前饋系統(tǒng)常采用如下典型的控制規(guī)律：11)(21 ssKsGffff 31（五）（五）前饋

19、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng) n1 1、前饋控制的局限性、前饋控制的局限性u(píng)屬于開環(huán)控制方式。準(zhǔn)確地說，應(yīng)稱之為屬于開環(huán)控制方式。準(zhǔn)確地說，應(yīng)稱之為前饋補(bǔ)償前饋補(bǔ)償！u完全補(bǔ)償難以滿足，因?yàn)椋和耆a(bǔ)償難以滿足，因?yàn)椋簄要準(zhǔn)確掌握擾動(dòng)通道要準(zhǔn)確掌握擾動(dòng)通道 及控制通道特性及控制通道特性 是不容易的；是不容易的； n即使前饋模型即使前饋模型 能準(zhǔn)確求出，有時(shí)工程上也能準(zhǔn)確求出，有時(shí)工程上也難以實(shí)現(xiàn)；難以實(shí)現(xiàn)；n對(duì)每一個(gè)擾動(dòng)至少使用一套測(cè)量變送儀表和一個(gè)對(duì)每一個(gè)擾動(dòng)至少使用一套測(cè)量變送儀表和一個(gè)前饋控制器，這將會(huì)使控制系統(tǒng)龐大而復(fù)雜；前饋控制器，這將會(huì)使控制系統(tǒng)龐大而復(fù)雜；n有一些擾動(dòng)無(wú)法

20、在線測(cè)量！有一些擾動(dòng)無(wú)法在線測(cè)量！)(sGd)(sGp)(sGff32（五）（五）前饋前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng) n2 2、前饋、前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng)u將前饋和反饋結(jié)合，既利用前饋控制及時(shí)克服主要將前饋和反饋結(jié)合，既利用前饋控制及時(shí)克服主要擾動(dòng)，又保持反饋控制克服多個(gè)擾動(dòng)的長(zhǎng)處；擾動(dòng)，又保持反饋控制克服多個(gè)擾動(dòng)的長(zhǎng)處；u復(fù)合控制降低了系統(tǒng)對(duì)前饋補(bǔ)償器的要求，使其在復(fù)合控制降低了系統(tǒng)對(duì)前饋補(bǔ)償器的要求，使其在工程上更易于實(shí)現(xiàn)。工程上更易于實(shí)現(xiàn)。33（五）（五）前饋前饋-反饋復(fù)合控制系統(tǒng)反饋復(fù)合控制系統(tǒng) n3 3、前饋反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、前饋反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

21、u采用前饋控制主要是針對(duì)那些采用前饋控制主要是針對(duì)那些“可測(cè)不可控可測(cè)不可控”、變、變化頻繁且幅值較大的擾動(dòng)量化頻繁且幅值較大的擾動(dòng)量；u工程中，工程中，一般選用靜態(tài)前饋一般選用靜態(tài)前饋-反饋控制方案，即可反饋控制方案，即可得到較為滿意的控制效果得到較為滿意的控制效果。34（六）（六）前饋控制設(shè)計(jì)舉例前饋控制設(shè)計(jì)舉例 35（六）（六）前饋控制設(shè)計(jì)舉例前饋控制設(shè)計(jì)舉例 366.2.2 時(shí)滯控制時(shí)滯控制 n時(shí)間滯后是指純滯后過程。純滯后往往是由于時(shí)間滯后是指純滯后過程。純滯后往往是由于物料或能量需要經(jīng)過一個(gè)傳輸過程而形成的。物料或能量需要經(jīng)過一個(gè)傳輸過程而形成的。n純滯后極大地影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，引

22、起閉環(huán)控純滯后極大地影響系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能，引起閉環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯降低，過渡過程時(shí)間加長(zhǎng)。制系統(tǒng)穩(wěn)定性明顯降低，過渡過程時(shí)間加長(zhǎng)。 n若若 0.3，就被認(rèn)為是具有較大純滯后的，就被認(rèn)為是具有較大純滯后的工藝過程，工藝過程，時(shí)滯系統(tǒng)的控制是世界公認(rèn)的控制時(shí)滯系統(tǒng)的控制是世界公認(rèn)的控制難題難題?？煽紤]的方案：。可考慮的方案：u預(yù)估補(bǔ)償方案；預(yù)估補(bǔ)償方案；u采樣控制方案。采樣控制方案。T/ 37（一）（一）SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償預(yù)估補(bǔ)償n1 1、基本原理、基本原理u一種以模型為基礎(chǔ)的預(yù)估補(bǔ)償控制方法；一種以模型為基礎(chǔ)的預(yù)估補(bǔ)償控制方法；u預(yù)先估計(jì)出被控過程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型；預(yù)先估計(jì)出被控過程動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)

23、模型；u預(yù)估預(yù)估出過程對(duì)出過程對(duì)擾動(dòng)擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并將預(yù)估結(jié)果作為的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，并將預(yù)估結(jié)果作為反饋提早供給控制器動(dòng)作，以提前對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行反饋提早供給控制器動(dòng)作，以提前對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償補(bǔ)償。38（一）（一）SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償預(yù)估補(bǔ)償n2 2、SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償結(jié)構(gòu)預(yù)估補(bǔ)償結(jié)構(gòu) 采用采用SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償控制可以消除預(yù)估補(bǔ)償控制可以消除純滯后環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響。純滯后環(huán)節(jié)對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)的影響。39（一）（一）SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償預(yù)估補(bǔ)償n3 3、SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償?shù)牟蛔泐A(yù)估補(bǔ)償?shù)牟蛔鉼Smith預(yù)估器在應(yīng)用中很不盡如人意預(yù)估器在應(yīng)用中很不盡如人意

24、，主要原因：，主要原因：n需要確知被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。需要確知被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型。n即使是最簡(jiǎn)單的一階模型，放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)即使是最簡(jiǎn)單的一階模型，放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)或純滯后哪怕只有或純滯后哪怕只有10%10%的誤差，也易產(chǎn)生振蕩！的誤差，也易產(chǎn)生振蕩！n只能用于線性定常系統(tǒng)。只能用于線性定常系統(tǒng)。n對(duì)負(fù)載擾動(dòng)無(wú)所助益。對(duì)負(fù)載擾動(dòng)無(wú)所助益。40（一）（一）SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償預(yù)估補(bǔ)償n4 4、SmithSmith預(yù)估補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)預(yù)估補(bǔ)償?shù)母倪M(jìn)41（二）（二）采樣控制方案采樣控制方案n1 1、基本原理、基本原理u“調(diào)一下，等一等調(diào)一下，等一等”（Wait and See)Wait

25、 and See)的辦法的辦法: :n當(dāng)控制器輸出后，一段時(shí)間內(nèi)不再增加或減小，當(dāng)控制器輸出后，一段時(shí)間內(nèi)不再增加或減小，而是保持此值（保持的時(shí)間比純滯后時(shí)間而是保持此值（保持的時(shí)間比純滯后時(shí)間0 0稍稍長(zhǎng)些），長(zhǎng)些），直到控制作用的效果在被控量變化中反直到控制作用的效果在被控量變化中反映出來為止映出來為止；n接著，根據(jù)偏差的大小再?zèng)Q定下一步控制作用的接著，根據(jù)偏差的大小再?zèng)Q定下一步控制作用的大小和方向。大小和方向。42（二）（二）采樣控制方案采樣控制方案n2 2、采樣控制的特點(diǎn)、采樣控制的特點(diǎn)u核心思想就是核心思想就是避免控制器不必要的誤操作，而寧愿避免控制器不必要的誤操作，而寧愿讓控制作用

26、弱一些讓控制作用弱一些。u無(wú)需掌握精確的過程動(dòng)態(tài)特性，就能克服被控過程無(wú)需掌握精確的過程動(dòng)態(tài)特性，就能克服被控過程中純滯后的不利影響。中純滯后的不利影響。u需注意采樣周期的選取應(yīng)略大于過程的純滯后時(shí)間。需注意采樣周期的選取應(yīng)略大于過程的純滯后時(shí)間。43（三）幾點(diǎn)說明（三）幾點(diǎn)說明n工業(yè)實(shí)際過程控制中，一旦出現(xiàn)了大時(shí)滯過程，工業(yè)實(shí)際過程控制中，一旦出現(xiàn)了大時(shí)滯過程，要想取得滿意的動(dòng)靜態(tài)控制效果是很難的。要想取得滿意的動(dòng)靜態(tài)控制效果是很難的。 n在進(jìn)行控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡一切可能避在進(jìn)行控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡一切可能避免大時(shí)滯控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。免大時(shí)滯控制系統(tǒng)的出現(xiàn)。比如，在條件允許比如，在條

27、件允許的情況下，不采用簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，而的情況下，不采用簡(jiǎn)單的單回路控制系統(tǒng)，而引入中間變量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)等。引入中間變量構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)等。n微分作用對(duì)時(shí)滯控制無(wú)能為力；所謂微分作用對(duì)時(shí)滯控制無(wú)能為力；所謂“先進(jìn)控先進(jìn)控制制”尚未見實(shí)際效果。尚未見實(shí)際效果。446.3 解耦控制解耦控制n6.3.1 控制回路間的耦合控制回路間的耦合u（一）什么是耦合？（一）什么是耦合？u如果需要同時(shí)控制泵出口的壓力和流量，如果需要同時(shí)控制泵出口的壓力和流量，試分析兩試分析兩個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況？個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況？456.3.1 控制回路間的耦合控制回路間的耦合PCA閥11( )GsPT壓力設(shè)定壓力

28、設(shè)定泵出口壓力泵出口壓力FCB閥22( )GsFT流量設(shè)定流量設(shè)定泵出口流量泵出口流量對(duì)象對(duì)象12( )Gs21( )Gs46（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n1、相對(duì)增益定義、相對(duì)增益定義u相對(duì)增益相對(duì)增益ij是是調(diào)節(jié)量調(diào)節(jié)量j相對(duì)于相對(duì)于過程中其他調(diào)節(jié)量對(duì)過程中其他調(diào)節(jié)量對(duì)被控量被控量yi而言的增益（而言的增益（ j yi ）；）；uij定義為：定義為：ijijijqp p pij 第一放大系數(shù)第一放大系數(shù) q qij 第二放大系數(shù)第二放大系數(shù)47（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n（）第一放大系數(shù)（）第一放大系數(shù)pij u指耦合系統(tǒng)中，除指耦合系統(tǒng)中，除j到

29、到y(tǒng)i通道外，其它通道通道外，其它通道全部斷開時(shí)所得到的全部斷開時(shí)所得到的j到到y(tǒng)i通道的靜態(tài)增益通道的靜態(tài)增益;u即，除調(diào)節(jié)量即，除調(diào)節(jié)量j改變了改變了 j以外，其它調(diào)節(jié)量以外，其它調(diào)節(jié)量k（kj）均不變。）均不變。upij可表示為：可表示為：jkkjiijyp , j yi的增益的增益（僅（僅j yi通道投運(yùn)，通道投運(yùn)，其他通道不投運(yùn)）其他通道不投運(yùn)）48（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n（）第二放大系數(shù)（）第二放大系數(shù)qij u指除所觀察的指除所觀察的j到到y(tǒng)i通道之外，其它通道均通道之外，其它通道均閉合且保持閉合且保持yk（kj）不變時(shí)，）不變時(shí)，j到到y(tǒng)i通道之通道之

30、間的靜態(tài)增益間的靜態(tài)增益。uqij可表示為：可表示為：kyjiijyq j yi的增益的增益（不僅不僅j yi通道投運(yùn)，通道投運(yùn)，其他通道也投運(yùn)）其他通道也投運(yùn)）49（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n2、相對(duì)增益含義、相對(duì)增益含義 u兩放大系數(shù)相同，其它回路存在與否對(duì)該通道沒有兩放大系數(shù)相同，其它回路存在與否對(duì)該通道沒有影響，即該通道與其他通道不存在耦合；影響，即該通道與其他通道不存在耦合；u放大系數(shù)不同，各通道間有耦合。放大系數(shù)不同，各通道間有耦合。50（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n2、相對(duì)增益含義、相對(duì)增益含義uij = 1 無(wú)靜態(tài)耦合無(wú)靜態(tài)耦合uij

31、= 0 耦合嚴(yán)重耦合嚴(yán)重 其他回路未投入時(shí)其他回路未投入時(shí)yi不受不受j影響（影響（pij=0） 投入后卻有影響（投入后卻有影響（ij0 ）了）了uij = 耦合嚴(yán)重耦合嚴(yán)重 uij 1 有耦合有耦合 其他回路投入后，其他回路投入后，j yi通道的增益下降通道的增益下降 需要解耦需要解耦uij 1 有耦合有耦合 需要解耦需要解耦uij 0 耦合嚴(yán)重耦合嚴(yán)重 其他回路的投入與否使系統(tǒng)由正反饋?zhàn)兂韶?fù)反其他回路的投入與否使系統(tǒng)由正反饋?zhàn)兂韶?fù)反 饋，系統(tǒng)由不穩(wěn)定性變?yōu)榉€(wěn)定，或相反。饋，系統(tǒng)由不穩(wěn)定性變?yōu)榉€(wěn)定，或相反。51（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n3、相對(duì)增益的計(jì)算、相對(duì)增益的計(jì)

32、算u（1）第一放大系數(shù)）第一放大系數(shù)pij的計(jì)算的計(jì)算第一放大系數(shù)第一放大系數(shù)pij是在其余通道開路情況下，該通道是在其余通道開路情況下，該通道的靜態(tài)增益。的靜態(tài)增益。 52（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？計(jì)算計(jì)算p11時(shí)時(shí),其他回路要開環(huán)其他回路要開環(huán)或者或者(2)(3)(4)開環(huán)開環(huán)或者令或者令Kc2=0，使，使2 2=0=0所以所以p11=K11，p21=K21，p12=K12，p22=K2253（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n（2）第二放大系數(shù)）第二放大系數(shù)qij的計(jì)算的計(jì)算u第二放大系數(shù)第二放大系數(shù)qij是在其它通道閉合且保持是在其它通道閉合且保持

33、yk（k i）恒定的條件下，該通道的靜態(tài)增益。恒定的條件下，該通道的靜態(tài)增益。54（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？計(jì)算計(jì)算q q1111時(shí)時(shí), ,其他回路要閉環(huán)且其他回路要閉環(huán)且y y2 2固定不變固定不變令令K Kc2c2=，使，使y y2 2跟隨跟隨R R2 2而固定不變而固定不變55（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？222122122112111222222111111)(1KKKKKKKKKKKKKKycccc 221221221111112limKKKKKyqcK 56（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n同理，類似的可確定：同理，類似的可確

34、定： 112112221122212112221112122112221121KKKKKqKKKKKqKKKKKq57（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n直接根據(jù)定義計(jì)算相對(duì)增益直接根據(jù)定義計(jì)算相對(duì)增益 ij： 211222112211222222221121122112212121221121122112121212211222112211111111KKKKKKqpKKKKKKqpKKKKKKqpKKKKKKqp 58（二）耦合程度如何分析？（二）耦合程度如何分析？n4、相對(duì)增益的特性、相對(duì)增益的特性u(píng)相對(duì)增益矩陣中每行元素之和為相對(duì)增益矩陣中每行元素之和為1u相對(duì)增益矩陣中

35、每列元素之和也為相對(duì)增益矩陣中每列元素之和也為1。此結(jié)論也同樣適用于多變量耦合系統(tǒng)。此結(jié)論也同樣適用于多變量耦合系統(tǒng)。此結(jié)論可用作驗(yàn)算所求得的相對(duì)增益矩陣是否正確。此結(jié)論可用作驗(yàn)算所求得的相對(duì)增益矩陣是否正確。59（三）如何進(jìn)行解耦？（三）如何進(jìn)行解耦？u解耦控制的目的：解耦控制的目的：解除耦合解除耦合 或或 減弱耦合減弱耦合u解耦方法：解耦方法：分四種。分四種。60（三）如何進(jìn)行解耦？（三）如何進(jìn)行解耦？n1、減少控制回路、減少控制回路u2個(gè)回路，撿一個(gè)重要的回路進(jìn)行控制，另一個(gè)次個(gè)回路，撿一個(gè)重要的回路進(jìn)行控制，另一個(gè)次要回路不控制。要回路不控制。61（三）如何進(jìn)行解耦？（三）如何進(jìn)行解耦

36、？n2、通過控制參數(shù)來減弱兩個(gè)回路的耦合度、通過控制參數(shù)來減弱兩個(gè)回路的耦合度u通過整定控制器參數(shù)，使兩個(gè)控制回路的工作頻率通過整定控制器參數(shù)，使兩個(gè)控制回路的工作頻率錯(cuò)開。錯(cuò)開。 如果把流量作為如果把流量作為主被控變量主被控變量，那么流量控制回路按正，那么流量控制回路按正常方法進(jìn)行整定，保證有控制精度、靈敏度的響應(yīng)要求；常方法進(jìn)行整定，保證有控制精度、靈敏度的響應(yīng)要求； 而把壓力作為從屬被控變量，壓力控制回路整定得而把壓力作為從屬被控變量，壓力控制回路整定得“松松”一些，即比例度大一些，積分時(shí)間長(zhǎng)一些。一些，即比例度大一些，積分時(shí)間長(zhǎng)一些。62（三）如何進(jìn)行解耦？（三）如何進(jìn)行解耦？n3、正

37、確匹配被控變量與控制變量、正確匹配被控變量與控制變量u對(duì)有些系統(tǒng)來說，減少與解除耦合的途徑可通過被對(duì)有些系統(tǒng)來說，減少與解除耦合的途徑可通過被控變量與控制變量間的正確匹配來解決，這是最簡(jiǎn)控變量與控制變量間的正確匹配來解決，這是最簡(jiǎn)單的有效手段。單的有效手段。633、正確匹配被控變量與控制變量、正確匹配被控變量與控制變量n例：對(duì)液體混合系統(tǒng)例：對(duì)液體混合系統(tǒng)求被控量與調(diào)節(jié)量之間的求被控量與調(diào)節(jié)量之間的正確配對(duì)關(guān)系正確配對(duì)關(guān)系混合液的成份混合液的成份y1總流量總流量y2液體液體液體液體212 y2111 y643、正確匹配被控變量與控制變量、正確匹配被控變量與控制變量n根據(jù)定義，先計(jì)算根據(jù)定義，先

38、計(jì)算1到到y(tǒng)1通道間的第一和第二通道間的第一和第二放大系數(shù)，得放大系數(shù)，得n因此，可求得相對(duì)增益因此，可求得相對(duì)增益:21111112yyyp 2111112yyqy 11111111yqp 653、正確匹配被控變量與控制變量、正確匹配被控變量與控制變量n由相對(duì)增益矩陣的特性，可得相對(duì)增益矩陣為由相對(duì)增益矩陣的特性，可得相對(duì)增益矩陣為n當(dāng)當(dāng)y1=0.3時(shí)，合理的配對(duì)是：時(shí)，合理的配對(duì)是：u用用1控制混合液成份控制混合液成份y1u用用2控制混合液總流量控制混合液總流量y2 22211211 112111211 1yyyyyy 664、正兒八經(jīng)的解耦控制、正兒八經(jīng)的解耦控制壓力控制回路壓力控制回路

39、PCA閥11( )GsPT壓力設(shè)定壓力設(shè)定泵出口壓力泵出口壓力流量控制回路流量控制回路FCB閥22( )GsFT流量設(shè)定流量設(shè)定對(duì)象對(duì)象12( )Gs21( )Gs泵出口流量泵出口流量12( )Ds21( )Ds解耦器解耦器11( )Ds22( )Ds676.3.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n常用的解耦控制方法常用的解耦控制方法u適當(dāng)選擇變量配對(duì)，將大系統(tǒng)分解為若干相對(duì)獨(dú)立適當(dāng)選擇變量配對(duì)，將大系統(tǒng)分解為若干相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)。的子系統(tǒng)。u對(duì)角矩陣解耦法（含單位矩陣解耦法）。對(duì)角矩陣解耦法（含單位矩陣解耦法）。u前饋補(bǔ)償解耦法前饋補(bǔ)償解耦法 ，是目前工業(yè)上應(yīng)用最普遍的一種，是目前工業(yè)上應(yīng)

40、用最普遍的一種解耦方法解耦方法。686.3.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n（一）對(duì)角矩陣解耦法（一）對(duì)角矩陣解耦法)()()(sUsGsYp )()()(sUsDsUc )()()()(sUsDsGsYcp 對(duì)角陣對(duì)角陣696.3.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n（一）對(duì)角矩陣解耦法（一）對(duì)角矩陣解耦法2R1Y2cU1cU1R2Y)(1sGc)(2sGc)(11sGp)(22sGp706.3.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n（二）單位矩陣解耦法（二）單位矩陣解耦法)()()(sUsGsYp )()()(sUsDsUc )()()()(sUsDsGsYcp 單位陣單位陣716

41、.3.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n（二）單位矩陣解耦法（二）單位矩陣解耦法u不但消除了耦合，也改變了等效被控對(duì)象的特性，不但消除了耦合，也改變了等效被控對(duì)象的特性，由于此時(shí)對(duì)象特性為由于此時(shí)對(duì)象特性為1，理論上極大提高了系統(tǒng)的，理論上極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。u缺點(diǎn)：解耦網(wǎng)絡(luò)模型可能難以實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)：解耦網(wǎng)絡(luò)模型可能難以實(shí)現(xiàn)。2R1Y2cU1cU1R2Y)(1sGc)(2sGc11726.3.2 解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)解耦控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)n（三）前饋補(bǔ)償解耦法（三）前饋補(bǔ)償解耦法u將有耦合的控制參數(shù)當(dāng)作擾動(dòng)量，根據(jù)不變性原理將有耦合的控制參數(shù)當(dāng)作擾動(dòng)量，根據(jù)不變性原理設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦網(wǎng)絡(luò)。

42、設(shè)計(jì)前饋補(bǔ)償解耦網(wǎng)絡(luò)。u解耦網(wǎng)絡(luò)較對(duì)角陣解耦簡(jiǎn)潔，工業(yè)應(yīng)用廣泛。解耦網(wǎng)絡(luò)較對(duì)角陣解耦簡(jiǎn)潔，工業(yè)應(yīng)用廣泛。73（三）前饋補(bǔ)償解耦法（三）前饋補(bǔ)償解耦法)(/ )()(222121sGsGsDpp )(/ )()(111212sGsGsDpp 746.4 比值控制比值控制n6.4.1 基本概念基本概念n（一）定義（一）定義u兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)自動(dòng)維持一定比值關(guān)系的過程控制兩個(gè)或多個(gè)參數(shù)自動(dòng)維持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)。系統(tǒng)。 u例如：例如：1、燃燒過程中，為保證燃燒經(jīng)濟(jì)性，需保持燃料、燃燒過程中，為保證燃燒經(jīng)濟(jì)性，需保持燃料量和空氣量按一定比例混合后送入爐膛；量和空氣量按一定比例混合后送入爐膛；2、

43、造紙過程中，為保證紙漿濃度，必須控制紙漿、造紙過程中，為保證紙漿濃度，必須控制紙漿量和水量按一定的比例混合。量和水量按一定的比例混合。756.4.1 基本概念基本概念n（二）（二）主動(dòng)量和從動(dòng)量主動(dòng)量和從動(dòng)量u比值控制系統(tǒng)中，起主導(dǎo)作用的物料流量一般稱為比值控制系統(tǒng)中，起主導(dǎo)作用的物料流量一般稱為主動(dòng)量主動(dòng)量Q1。如燃燒過程中的燃料量、造紙中的紙漿。如燃燒過程中的燃料量、造紙中的紙漿量；量；u隨主動(dòng)量變化的物料流量稱為隨主動(dòng)量變化的物料流量稱為從動(dòng)量從動(dòng)量Q2。如燃燒過。如燃燒過程中的空氣量、造紙中的水量。程中的空氣量、造紙中的水量。uQ2與與Q1保持一定的比值保持一定的比值 ，即：，即：12

44、12 kQQQQk 或或766.4.2 比值控制方案比值控制方案n根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的不同需求，常用的比值控根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)過程的不同需求，常用的比值控制方案有：制方案有：u開環(huán)比值控制開環(huán)比值控制u單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制u雙閉環(huán)比值控制雙閉環(huán)比值控制u變比值控制變比值控制n開環(huán)、單閉環(huán)或雙閉環(huán)比值控制中，比值系數(shù)開環(huán)、單閉環(huán)或雙閉環(huán)比值控制中，比值系數(shù)固定不變；而變比值控制中，比值系數(shù)可變。固定不變；而變比值控制中，比值系數(shù)可變。77（一）開環(huán)比值控制（一）開環(huán)比值控制u主、副流量均開環(huán)；主、副流量均開環(huán)；u由于系統(tǒng)開環(huán)，對(duì)副流量由于系統(tǒng)開環(huán)，對(duì)副流量Q2的擾動(dòng)沒有克服能力，的擾動(dòng)沒有克服能

45、力，只適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場(chǎng)合。只適用于副流量較平穩(wěn)且比值要求不高的場(chǎng)合。Q2比值比值控制器控制器控制閥控制閥流量對(duì)象流量對(duì)象Q1測(cè)量變送器測(cè)量變送器78（二）（二）單閉環(huán)比值控制單閉環(huán)比值控制控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器副測(cè)量、變送副測(cè)量、變送比值比值控制器控制器主測(cè)量、變送主測(cè)量、變送Q1Q2對(duì)象對(duì)象u從動(dòng)量從動(dòng)量Q2是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)；是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)；u主動(dòng)量主動(dòng)量Q1開環(huán)，開環(huán)，Q2 的給定是的給定是k Q1 ，故從動(dòng)量又是一，故從動(dòng)量又是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。u特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可克服作用于從動(dòng)量回路中的擾特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可克服作用于從動(dòng)量回路中的擾動(dòng)，應(yīng)用于

46、動(dòng)，應(yīng)用于主動(dòng)量可測(cè)不可控主動(dòng)量可測(cè)不可控場(chǎng)合。場(chǎng)合。79（三）雙閉環(huán)比值控制（三）雙閉環(huán)比值控制u特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)主動(dòng)量定值控制，使總物料量穩(wěn)定。特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)主動(dòng)量定值控制，使總物料量穩(wěn)定?？煽煽朔朔鲃?dòng)量和從動(dòng)量的擾動(dòng)，適用于要求負(fù)荷變化主動(dòng)量和從動(dòng)量的擾動(dòng)，適用于要求負(fù)荷變化平穩(wěn)的場(chǎng)合，但控制稍復(fù)雜。平穩(wěn)的場(chǎng)合，但控制稍復(fù)雜?？刂破骺刂破鲌?zhí)行器執(zhí)行器副測(cè)量、變送副測(cè)量、變送比值比值控制器控制器Q2對(duì)象對(duì)象控制器控制器執(zhí)行器執(zhí)行器主測(cè)量、變送主測(cè)量、變送Q1對(duì)象對(duì)象給定給定80（四）變比值控制（四）變比值控制u變比值控制系統(tǒng)通過控制流量比值，來實(shí)現(xiàn)變比值控制系統(tǒng)通過控制流量比值，來實(shí)現(xiàn)第三參第三

47、參數(shù)數(shù)的穩(wěn)定不變。本質(zhì)上是一個(gè)以第三參數(shù)為主參數(shù)、的穩(wěn)定不變。本質(zhì)上是一個(gè)以第三參數(shù)為主參數(shù)、以流量比為副參數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)。第三參數(shù)往往以流量比為副參數(shù)的串級(jí)控制系統(tǒng)。第三參數(shù)往往是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。是產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)。u變比值控制中，比值只是手段，而不是最終目的。變比值控制中，比值只是手段，而不是最終目的。816.4.3 比值控制應(yīng)用比值控制應(yīng)用n一次磨礦工藝與控制要求：一次磨礦工藝與控制要求：u產(chǎn)量基本穩(wěn)定；產(chǎn)量基本穩(wěn)定；u磨機(jī)內(nèi)部磨礦濃度穩(wěn)定。磨機(jī)內(nèi)部磨礦濃度穩(wěn)定。826.4.3 比值控制應(yīng)用比值控制應(yīng)用n控制方案：控制方案：u對(duì)一段磨機(jī)而言，濃度發(fā)生變化對(duì)一段磨機(jī)而言，濃度發(fā)生變化后，要求礦

48、和水兩種物料流量的后，要求礦和水兩種物料流量的比值要隨之變化，決定采用變比比值要隨之變化，決定采用變比值控制方案。值控制方案。 u主動(dòng)量為主動(dòng)量為磨礦濃度；從動(dòng)量為礦磨礦濃度；從動(dòng)量為礦和水兩種物料流量的比值。和水兩種物料流量的比值。u在從動(dòng)量調(diào)節(jié)過程中，由于礦量在從動(dòng)量調(diào)節(jié)過程中，由于礦量是生產(chǎn)負(fù)荷，起主導(dǎo)地位，故以是生產(chǎn)負(fù)荷，起主導(dǎo)地位，故以調(diào)節(jié)水量為主來改變比值。調(diào)節(jié)水量為主來改變比值。836.4.3 比值控制應(yīng)用比值控制應(yīng)用n控制結(jié)構(gòu)圖：控制結(jié)構(gòu)圖：846.5 均勻及超馳控制均勻及超馳控制n6.5.1 均勻控制均勻控制u連續(xù)生產(chǎn)過程中，前一設(shè)備的出料往往是后一設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)過程中，前一設(shè)

49、備的出料往往是后一設(shè)備的進(jìn)料，工藝常常要求前一設(shè)備液位穩(wěn)定，后一設(shè)的進(jìn)料，工藝常常要求前一設(shè)備液位穩(wěn)定，后一設(shè)備流入量穩(wěn)定。備流入量穩(wěn)定。856.5.1 均勻控制均勻控制n解決辦法：刪去流量控制，解決辦法：刪去流量控制，只設(shè)置液位控制系統(tǒng)。只設(shè)置液位控制系統(tǒng)。n目標(biāo)：讓控制量流量小幅目標(biāo)：讓控制量流量小幅變化，使被控量液位保持變化，使被控量液位保持在允許的范圍內(nèi)即可。將在允許的范圍內(nèi)即可。將液位、流量的控制統(tǒng)一在液位、流量的控制統(tǒng)一在一個(gè)控制系統(tǒng)中，即所謂一個(gè)控制系統(tǒng)中，即所謂“均勻控制均勻控制”（Loose Control）。）。866.5.1 均勻控制均勻控制n在定值控制系統(tǒng)中，為了在定值

50、控制系統(tǒng)中，為了保持被控量為定值，控制保持被控量為定值，控制量可作較大幅度變化，控量可作較大幅度變化，控制作用很制作用很“強(qiáng)強(qiáng)”。 n在均勻控制中，控制量和在均勻控制中，控制量和被控量同樣重要，控制目被控量同樣重要，控制目的要使它們?cè)谝欢ǖ姆秶囊顾鼈冊(cè)谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)都緩慢而內(nèi)都緩慢而均勻均勻地變化。地變化。為實(shí)現(xiàn)均勻控制，其為實(shí)現(xiàn)均勻控制，其控制控制器參數(shù)比例度器參數(shù)比例度和積分時(shí)間和積分時(shí)間TI都比定值控制系統(tǒng)大得都比定值控制系統(tǒng)大得多，即控制作用很多，即控制作用很“弱弱”。876.5.1 均勻控制均勻控制n均勻控制的特點(diǎn)均勻控制的特點(diǎn)u均勻控制與定值控制均勻控制與定值控制在控制結(jié)構(gòu)上沒有

51、任何區(qū)別，在控制結(jié)構(gòu)上沒有任何區(qū)別，其區(qū)別在于控制目的不同。其區(qū)別在于控制目的不同。u均勻控制的目的是保證前后裝置或設(shè)備供求矛盾的均勻控制的目的是保證前后裝置或設(shè)備供求矛盾的兩個(gè)參數(shù)（一個(gè)是被控量，另一個(gè)是控制量），在兩個(gè)參數(shù)（一個(gè)是被控量，另一個(gè)是控制量），在工藝允許的范圍內(nèi)，都緩慢均勻變化。工藝允許的范圍內(nèi)，都緩慢均勻變化。886.5.2 超馳控制超馳控制n工藝控制中，有些參數(shù)工藝控制中，有些參數(shù)在正常工況下不會(huì)超限，在正常工況下不會(huì)超限，不考慮對(duì)它施加控制或采取非?？刂剖侄?；而不考慮對(duì)它施加控制或采取非?？刂剖侄危欢诜钦９r下，該參數(shù)會(huì)達(dá)到極限值，此時(shí)在非正常工況下，該參數(shù)會(huì)達(dá)到極限

52、值，此時(shí)要求采取強(qiáng)有力的控制手段，避免超限，即所要求采取強(qiáng)有力的控制手段，避免超限，即所謂謂“超弛控制超弛控制”。n超弛控制（超弛控制（Override Control）屬于極限控屬于極限控制，制，一般基于生產(chǎn)安全角度，如要求溫度、壓一般基于生產(chǎn)安全角度，如要求溫度、壓力、物位不能越限等等。又稱選擇性控制、取力、物位不能越限等等。又稱選擇性控制、取代控制或軟保護(hù)控制。代控制或軟保護(hù)控制。896.5.2 超馳控制超馳控制n工藝控制中，有些參數(shù)工藝控制中，有些參數(shù)在正常工況下不會(huì)超限，在正常工況下不會(huì)超限，不考慮對(duì)它施加控制或采取非?？刂剖侄?；而不考慮對(duì)它施加控制或采取非常控制手段；而在非正常工況

53、下，該參數(shù)會(huì)達(dá)到極限值，此時(shí)在非正常工況下，該參數(shù)會(huì)達(dá)到極限值，此時(shí)要求采取強(qiáng)有力的控制手段，避免超限，即所要求采取強(qiáng)有力的控制手段，避免超限，即所謂謂“超弛控制超弛控制”。n超弛控制（超弛控制（Override Control）屬于極限控屬于極限控制，制，一般基于生產(chǎn)安全角度，如要求溫度、壓一般基于生產(chǎn)安全角度，如要求溫度、壓力、物位不能越限等等。又稱選擇性控制、取力、物位不能越限等等。又稱選擇性控制、取代控制或軟保護(hù)控制。代控制或軟保護(hù)控制。 906.5.2 超馳控制超馳控制n硬保護(hù)是指當(dāng)參數(shù)達(dá)到高限或低限時(shí)，系統(tǒng)開硬保護(hù)是指當(dāng)參數(shù)達(dá)到高限或低限時(shí)，系統(tǒng)開始報(bào)警，這時(shí)需設(shè)法排除故障，若沒能

54、及時(shí)排始報(bào)警，這時(shí)需設(shè)法排除故障，若沒能及時(shí)排除故障，則當(dāng)參數(shù)達(dá)到高高限或低低限時(shí)，系除故障，則當(dāng)參數(shù)達(dá)到高高限或低低限時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)聯(lián)鎖裝置動(dòng)作，統(tǒng)經(jīng)聯(lián)鎖裝置動(dòng)作，自動(dòng)停車自動(dòng)停車。 n軟保護(hù)是指當(dāng)參數(shù)達(dá)到高限或低限時(shí)，系統(tǒng)開軟保護(hù)是指當(dāng)參數(shù)達(dá)到高限或低限時(shí)，系統(tǒng)開始改變控制方式，始改變控制方式，以參數(shù)脫離極限值作為當(dāng)前以參數(shù)脫離極限值作為當(dāng)前控制的第一指標(biāo)控制的第一指標(biāo)，此時(shí)的控制方式一般會(huì)使控，此時(shí)的控制方式一般會(huì)使控制質(zhì)量有所降低，但可維持生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行，制質(zhì)量有所降低，但可維持生產(chǎn)繼續(xù)進(jìn)行，避避免停車免停車（因?yàn)橥＼囃鶗?huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損（因?yàn)橥＼囃鶗?huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失）。失）。916.

55、5.2 超馳控制超馳控制n超馳控制的實(shí)現(xiàn)超馳控制的實(shí)現(xiàn)u在超弛控制系統(tǒng)中，設(shè)有兩個(gè)控制器：一個(gè)用于正在超弛控制系統(tǒng)中，設(shè)有兩個(gè)控制器：一個(gè)用于正常工況的控制，另一個(gè)用于非正常工況的控制。常工況的控制，另一個(gè)用于非正常工況的控制。u通過選擇判斷，自動(dòng)選出能滿足正常生產(chǎn)或適應(yīng)生通過選擇判斷，自動(dòng)選出能滿足正常生產(chǎn)或適應(yīng)生產(chǎn)安全狀況的控制。產(chǎn)安全狀況的控制。926.5.2 超馳控制超馳控制n氨冷器溫度氨冷器溫度液位超弛控制液位超弛控制u正常情況下，根據(jù)物料出口溫度控制液氨流入量。正常情況下，根據(jù)物料出口溫度控制液氨流入量。u但當(dāng)氨冷器中液位過高時(shí)，會(huì)使氣氨中帶液，損壞但當(dāng)氨冷器中液位過高時(shí)，會(huì)使氣氨中帶液，損壞后續(xù)設(shè)備。需用液位控制取代溫度控制，限制液氨后續(xù)設(shè)備。需用液位控制取代溫度控制，限制液氨流入量。流入量。936.5.2 超馳控制超馳控制n氨冷器溫度氨冷器溫度液位超弛控制液位超弛控制946.6 分程控制分程控制n（一）定義（一）定義u分程控制（分程控制（Spl