第6章高性能過程控制

1、 第第6 6章章 常用高性能過程控制系統(tǒng)常用高性能過程控制系統(tǒng)1 1）了解串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用背景，熟悉串級(jí)控）了解串級(jí)控制系統(tǒng)的應(yīng)用背景，熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)；制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)；2 2）掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，熟悉串級(jí)控）掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，熟悉串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法；制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法；3 3）了解前饋控制的原理及使用場(chǎng)合；）了解前饋控制的原理及使用場(chǎng)合；4 4）掌握前饋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法，熟悉前饋反）掌握前饋補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)方法，熟悉前饋反饋復(fù)合控制的特點(diǎn)及工業(yè)應(yīng)用；饋復(fù)合控制的特點(diǎn)及工業(yè)應(yīng)用；5 5）了解大滯后被控過程的解決方案，掌握大滯）了解大滯后被控過程

2、的解決方案，掌握大滯后過程控制的設(shè)計(jì)方案。后過程控制的設(shè)計(jì)方案。 一、什么是串級(jí)控制？它是怎樣提出來的？其組成結(jié)構(gòu)怎樣一、什么是串級(jí)控制？它是怎樣提出來的？其組成結(jié)構(gòu)怎樣? ?（圖（圖6 61;1;）化學(xué)反應(yīng)釜的溫度控制T1經(jīng)過3個(gè)容器：夾套釜壁反應(yīng)釜進(jìn)料流量，溫度和成分水溫和水壓?jiǎn)栴}：過渡過程時(shí)間長(zhǎng)，問題：過渡過程時(shí)間長(zhǎng)，調(diào)節(jié)不及時(shí)調(diào)節(jié)不及時(shí)解決辦法：串級(jí)控制解決辦法：串級(jí)控制6.1.2 6.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的控制效果串級(jí)控制系統(tǒng)的控制效果1.1.能迅速克服二次干擾（圖能迅速克服二次干擾（圖6 65 5） 202*02220221cvmYsGsGsFsGs Gs Gs Gs副回路等效傳函

3、： 1120201112020111ccvccvmY sGs Gs G s Gs GsX sGs Gs G s Gs Gs Gs *10201*212020111ccvmY sGs GsF sG s Gs G s Gs Gs Gs控制及干擾通道傳函：6.1.2 6.1.2 串級(jí)控制系統(tǒng)的控制效果串級(jí)控制系統(tǒng)的控制效果111212ccvYsXsKKKYsFs 控制能力控制能力 sGsGsGsFsYsXsYvcc212111抗干擾能力抗干擾能力比值越接近比值越接近1 1，控制性能越好，控制性能越好比值越接近比值越接近0 0，抗干擾性能越強(qiáng)，抗干擾性能越強(qiáng)11( )cG sK22( )CCGsK(

4、)VVGsK假設(shè)放大系數(shù)乘積越大，性能越好控制能力和抗干擾能力綜合為：控制能力和抗干擾能力綜合為： 1112cvY sXsK KY sFs12CCCK KK一般情況下有：一般情況下有：結(jié)論：提高了控制質(zhì)量結(jié)論：提高了控制質(zhì)量2.2.能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高工作頻率能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高工作頻率（1 1）等效時(shí)間常數(shù)減小，響應(yīng)速度加快；）等效時(shí)間常數(shù)減小，響應(yīng)速度加快；( (分析比較圖分析比較圖6 65 5和圖和圖6 67 7）0202022222( )1 ,( ),( ),( )ccvvmmGsKTsGsKGsKGsK2020202220202202220202020222021

5、( )111111cvcvmcvcvmcvmKK KTsGsKK KKTsKK KKK KKKTTssKK KK0202TT副回路代替了單回路系統(tǒng)中的一部分過程 22020220222022( )( )( )1cvcvcvmYsGs Gs GsGsGs G s GsXsGs Gs Gs Gs副回路等效傳函：串級(jí)系統(tǒng)的特征方程為：串級(jí)系統(tǒng)的特征方程為： 10201110cmGs Gs Gs Gs串級(jí)控制系統(tǒng)的工作頻率為：串級(jí)控制系統(tǒng)的工作頻率為：02100201220211TTTT 串對(duì)同一過程，采用單回路控制方案，用同樣的分析方法，可得：對(duì)同一過程，采用單回路控制方案，用同樣的分析方法，可得：

6、020102012 2 0211TTTT 單若兩種方案的阻尼系數(shù)相同，則有：02010201020102010201020111TTTTTTTTTTTT單串01020102T TT T 串單20102120110102010210ccmTTK KK KssT TT T各環(huán)節(jié)代入并整理得01020010221020110010221cmTTTTKKKKTT令結(jié)論：結(jié)論：副回路改善了動(dòng)態(tài)特性、提高了響應(yīng)速度和工作頻率；副回路改善了動(dòng)態(tài)特性、提高了響應(yīng)速度和工作頻率； 主、副時(shí)間常數(shù)比值一定，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)越大，工作頻率越高；主、副時(shí)間常數(shù)比值一定，副調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)越大，工作頻率越高； 副調(diào)節(jié)

7、器比例系數(shù)一定，主、副時(shí)間常數(shù)比值越大，工作頻率也越高。副調(diào)節(jié)器比例系數(shù)一定，主、副時(shí)間常數(shù)比值越大，工作頻率也越高。其結(jié)果使其結(jié)果使振蕩周期縮短，提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。振蕩周期縮短，提高了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。3 3 能適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的劇烈變化能適應(yīng)負(fù)荷和操作條件的劇烈變化副回路的等效放大系數(shù)為：副回路的等效放大系數(shù)為：2020220221cvcvmKK KKKK KK2022021cvmKk K KK 幾乎不變2）能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力；）能改善控制通道的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力；3）對(duì)非線性情況下的負(fù)荷或操作條件的變化有一定的適應(yīng)能力。）對(duì)非線性情況下的負(fù)

8、荷或操作條件的變化有一定的適應(yīng)能力。綜上所述，串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：綜上所述，串級(jí)控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：1）對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的抑制能力；）對(duì)進(jìn)入副回路的干擾有很強(qiáng)的抑制能力；6.1.3 6.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍1.1.適用于容量滯后較大的過程：適用于容量滯后較大的過程：選容量滯后較小的輔助變量，減小時(shí)常，提高頻率。（圖選容量滯后較小的輔助變量，減小時(shí)常，提高頻率。（圖6 68 8）加熱爐溫度串級(jí)控制系統(tǒng)6.1.3 6.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍2.2. 適用于純滯后較大的過程：適用于純滯后較大的過程：（圖（圖6 69 9）工

9、藝要求：過濾前的壓力穩(wěn)定在工藝要求：過濾前的壓力穩(wěn)定在250Pa;250Pa;特點(diǎn)：距離長(zhǎng)，純滯后時(shí)間長(zhǎng)。特點(diǎn)：距離長(zhǎng)，純滯后時(shí)間長(zhǎng)。計(jì)量泵紡絲膠液壓力與壓力串級(jí)控制6.1.3 6.1.3 串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍串級(jí)控制系統(tǒng)的適用范圍3.3. 適用于干擾變化劇烈、幅度大的過程：適用于干擾變化劇烈、幅度大的過程：（圖（圖6 61010）工藝要求：汽包液位控制，工藝要求：汽包液位控制，特點(diǎn)：快裝鍋爐容量小，蒸汽流量與水壓變化頻繁、激烈特點(diǎn)：快裝鍋爐容量小，蒸汽流量與水壓變化頻繁、激烈三沖量液位串級(jí)控制4. 適用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程：適用于參數(shù)互相關(guān)聯(lián)的過程：（圖（圖611）同一種介質(zhì)控制兩種參數(shù)同

10、一種介質(zhì)控制兩種參數(shù)單回路控制：兩套裝置，不經(jīng)濟(jì)又無法工作；單回路控制：兩套裝置，不經(jīng)濟(jì)又無法工作；：汽油、航空煤油等：輕柴油、重柴油、煤油等常壓塔塔頂出口溫度和一線溫度串級(jí)控制常壓塔塔頂出口溫度和一線溫度串級(jí)控制5. 5. 適用于非線性過程適用于非線性過程特點(diǎn)：特點(diǎn)：負(fù)荷或操作條件改變導(dǎo)致過程特性改變。負(fù)荷或操作條件改變導(dǎo)致過程特性改變。單回路控制：需隨時(shí)改變調(diào)節(jié)器整定參數(shù)以保證系統(tǒng)的衰減率不變單回路控制：需隨時(shí)改變調(diào)節(jié)器整定參數(shù)以保證系統(tǒng)的衰減率不變串級(jí)控制：串級(jí)控制： 可自動(dòng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)?？勺詣?dòng)調(diào)整調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)。醋酸生產(chǎn)醋酸生產(chǎn)-合成反應(yīng)器溫度串級(jí)控制合成反應(yīng)器溫度串級(jí)控制注

11、意：注意：串級(jí)控制雖然應(yīng)用范圍廣，但必須根據(jù)具體情況，充分利用串級(jí)控制雖然應(yīng)用范圍廣，但必須根據(jù)具體情況，充分利用優(yōu)點(diǎn)，才能收到預(yù)期的效果。優(yōu)點(diǎn)，才能收到預(yù)期的效果。a a）：燃料油壓力為主要）：燃料油壓力為主要干擾；干擾；b b）：燃料油粘度、成分、）：燃料油粘度、成分、熱值、處理量為主要熱值、處理量為主要干擾干擾副參數(shù)如何選擇？副參數(shù)如何選擇？ 主、副回路的聯(lián)系？主、副回路的聯(lián)系？調(diào)節(jié)器如何選擇？調(diào)節(jié)器如何選擇？ 正、反作用如何選擇？正、反作用如何選擇？1. 1. 副回路的設(shè)計(jì)與副參數(shù)的選擇副回路的設(shè)計(jì)與副參數(shù)的選擇選擇原則：選擇原則：（1 1）副參數(shù)要物理可測(cè)、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)要小、純滯

12、后時(shí)間要副參數(shù)要物理可測(cè)、副對(duì)象的時(shí)間常數(shù)要小、純滯后時(shí)間要盡可能短。盡可能短。 如圖如圖6 63 3、圖、圖6 68 8等等（2） 副回路要盡可能多地包含變化頻繁、幅度大的干擾，但也不能越多越好。副回路要盡可能多地包含變化頻繁、幅度大的干擾，但也不能越多越好。干擾越多，調(diào)節(jié)通道的慣性滯后越大。干擾越多，調(diào)節(jié)通道的慣性滯后越大。（3 3）主、副過程的時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)匹配主、副過程的時(shí)間常數(shù)要適當(dāng)匹配. .2022010201020102010211/1/1/1/cvmK K K KTTTTTTTT串單當(dāng)串級(jí)控制與單回路控制的阻尼系數(shù)相等時(shí)，有當(dāng)串級(jí)控制與單回路控制的阻尼系數(shù)相等時(shí)，有設(shè)設(shè) 202

13、21cvmK K K K為常量為常量( (圖圖6 61414）圖示說明；主、副被控過程時(shí)常不能圖示說明；主、副被控過程時(shí)常不能太大也不能太小太大也不能太小主副回路工作頻率的比值大于主副回路工作頻率的比值大于3 3，時(shí)間常數(shù)的比值在時(shí)間常數(shù)的比值在3 31010范圍內(nèi)范圍內(nèi)（4 4）應(yīng)綜合考慮控制質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性要求應(yīng)綜合考慮控制質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性要求( (圖圖6 61515）a)a) 冷劑液位為副參數(shù)，投資少，控制質(zhì)量不高；冷劑液位為副參數(shù)，投資少，控制質(zhì)量不高；b)b) 冷劑冷劑蒸發(fā)壓力為副參數(shù)，投資多，控制質(zhì)量較高。選擇應(yīng)視具體蒸發(fā)壓力為副參數(shù)，投資多，控制質(zhì)量較高。選擇應(yīng)視具體情況而定。情況而定。

14、2 2 主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主、副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇主調(diào)主調(diào)：定值控制；：定值控制；副調(diào)副調(diào)：隨動(dòng)控制。：隨動(dòng)控制。主被控參數(shù)要主被控參數(shù)要無靜差無靜差PI,PIDPI,PID調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；副被控參數(shù)允許副被控參數(shù)允許有靜差有靜差PP, ,不引入不引入PIPI；當(dāng)選擇流量為副參時(shí)，為保穩(wěn)定，當(dāng)選擇流量為副參時(shí)，為保穩(wěn)定，P P選大時(shí)，可引入積分；選大時(shí)，可引入積分；不引入微分不引入微分。3 3 主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇（開環(huán)放大系數(shù)為正）主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇（開環(huán)放大系數(shù)為正）選擇步驟選擇步驟：工藝要求：工藝要求調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)調(diào)節(jié)閥的氣開、氣關(guān)副調(diào)節(jié)器的正、副調(diào)節(jié)

15、器的正、反作用反作用主、副過程的正、反作用主、副過程的正、反作用主調(diào)節(jié)器的正、反作用。主調(diào)節(jié)器的正、反作用。燃油閥氣開燃油閥氣開副對(duì)象為正過程副對(duì)象為正過程副調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器副調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器主對(duì)象也為正過程主對(duì)象也為正過程主調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器主調(diào)為反作用調(diào)節(jié)器主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式選擇參見式選擇參見188188頁表頁表 6-16-1加熱爐溫度串級(jí)控制形成負(fù)反饋6.1.5 6.1.5 串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定 整定原則：整定原則： 盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益，提高副回路的頻率，使主、副回路的頻率錯(cuò)盡量加大副調(diào)節(jié)器的增益，提高副回路的頻率，使主、副回路的

16、頻率錯(cuò)開，以減少相互影響開，以減少相互影響1. 1. 逐步逼近整定法逐步逼近整定法1 1） 主開環(huán)、副閉環(huán)主開環(huán)、副閉環(huán)，整定副調(diào)的參數(shù)；記為，整定副調(diào)的參數(shù)；記為12( )CGs2) 2) 副回路等效成一個(gè)環(huán)節(jié)，副回路等效成一個(gè)環(huán)節(jié)，閉合主回路閉合主回路，整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為，整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為11( )CGs3 3）觀察過渡過程曲線，滿足要求，所求調(diào)節(jié)器參數(shù)即）觀察過渡過程曲線，滿足要求，所求調(diào)節(jié)器參數(shù)即為為11( )CGs12( )CGs否則，再整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為否則，再整定副調(diào)節(jié)器參數(shù)，記為22()CGs。反復(fù)進(jìn)行，滿意為止。反復(fù)進(jìn)行，滿意為止。該方法適用于主、副過程時(shí)間常數(shù)

17、相差不大、主、副回路動(dòng)態(tài)聯(lián)系密切，該方法適用于主、副過程時(shí)間常數(shù)相差不大、主、副回路動(dòng)態(tài)聯(lián)系密切，需反復(fù)進(jìn)行，費(fèi)時(shí)較多需反復(fù)進(jìn)行，費(fèi)時(shí)較多2. 2. 兩步整定法兩步整定法1 1）主、副閉合，主調(diào)為比例）主、副閉合，主調(diào)為比例, ,比例度為比例度為100%100%，先用，先用4 4：1 1衰衰減曲線法整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，求得比例度和操作周期；減曲線法整定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，求得比例度和操作周期；2) 等效副回路，整定主調(diào)參數(shù)，求得主回路在等效副回路，整定主調(diào)參數(shù)，求得主回路在4：1衰減比衰減比下的比例度和操作周期；根據(jù)兩種情況下的比例度和操作周下的比例度和操作周期；根據(jù)兩種情況下的比例度和操作周期，

18、按經(jīng)驗(yàn)公式求出主、副調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間和微分時(shí)間，期，按經(jīng)驗(yàn)公式求出主、副調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間和微分時(shí)間，然后再按先副后主、先比例后積分再微分的次序投入運(yùn)行，然后再按先副后主、先比例后積分再微分的次序投入運(yùn)行，觀察曲線，適當(dāng)調(diào)整，滿意為止。觀察曲線，適當(dāng)調(diào)整，滿意為止。3. 3. 一步整定法一步整定法思路：思路：先根據(jù)副過程特性或經(jīng)驗(yàn)確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后一步完成主調(diào)先根據(jù)副過程特性或經(jīng)驗(yàn)確定副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，然后一步完成主調(diào)節(jié)器的參數(shù)的整定。節(jié)器的參數(shù)的整定。理論依據(jù)：理論依據(jù)：主、副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)在主、副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)在1 1）主、副調(diào)節(jié)器均置比例控制，根據(jù)約束條件或經(jīng)驗(yàn)確定）主、副調(diào)節(jié)器均

19、置比例控制，根據(jù)約束條件或經(jīng)驗(yàn)確定5 . 0021ccKK主、副過程特性一定時(shí)，主、副過程特性一定時(shí)，21ccKK為一常數(shù)。為一常數(shù)。2cK 2) 2) 等效副回路，按衰減曲線法整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)；等效副回路，按衰減曲線法整定主調(diào)節(jié)器參數(shù)；3 3）觀察曲線，在約束條件下，適當(dāng)調(diào)整主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，滿意為止。）觀察曲線，在約束條件下，適當(dāng)調(diào)整主、副調(diào)節(jié)器的參數(shù)，滿意為止。條件下，條件下，21T4. 4. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例: :硝酸生產(chǎn)用氧化爐，主參數(shù)：爐溫，硝酸生產(chǎn)用氧化爐，主參數(shù)：爐溫，PIPI調(diào)節(jié)；副參數(shù)：氨氣流量，調(diào)節(jié)；副參數(shù)：氨氣流量，P P調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)；主、副動(dòng)態(tài)聯(lián)系小，兩步整定法。主、

20、副動(dòng)態(tài)聯(lián)系小，兩步整定法。12 s1 sT1s1為為100100為為32，為為15s15s；1）2 2）副調(diào)置于）副調(diào)置于3232，得主調(diào)的，得主調(diào)的為為50，為為7min7min。3 3）運(yùn)用計(jì)算公式得：）運(yùn)用計(jì)算公式得：為為6060，為為3.5min3.5min,為為32%32%。2 sT6.2 6.2 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)6.2.1 6.2.1 前饋控制的基本概念前饋控制的基本概念又稱干擾補(bǔ)償控制：按干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)又稱干擾補(bǔ)償控制：按干擾大小進(jìn)行調(diào)節(jié)克服干擾比反饋快克服干擾比反饋快理論上，可實(shí)現(xiàn)理想控制理論上，可實(shí)現(xiàn)理想控制反饋控制：偏差產(chǎn)生之后，進(jìn)行控制前饋控制：未出現(xiàn)偏差就提前

21、進(jìn)行補(bǔ)償控制干擾可測(cè)干擾初現(xiàn)前饋調(diào)節(jié)作用與干擾作用抵消偏差怎么產(chǎn)生的？6.2 6.2 前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)補(bǔ)償器的計(jì)算：補(bǔ)償器的計(jì)算： 0FBY sGsGs GsF s sGsGsGFB0調(diào)節(jié)器只能等到T變化后才能動(dòng)作結(jié)論：結(jié)論：不單獨(dú)使用不單獨(dú)使用6.2.2 前饋控制的特點(diǎn)及局限性前饋控制的特點(diǎn)及局限性1.1.前饋控制的特點(diǎn)前饋控制的特點(diǎn)1 1）開環(huán)開環(huán)控制；控制；2 2）比反饋控制）比反饋控制及時(shí)及時(shí)；3 3）補(bǔ)償器為）補(bǔ)償器為專用專用2.2. 前饋控制的局限性前饋控制的局限性：無法實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的完全補(bǔ)償：無法實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的完全補(bǔ)償1 1）只能抑制可測(cè)干擾；只能抑制可測(cè)干擾；2 2）不能對(duì)

22、每個(gè)干擾實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；不能對(duì)每個(gè)干擾實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償；3 3）補(bǔ)償器難以精確得到，即使得到有時(shí)物理上也難以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償器難以精確得到，即使得到有時(shí)物理上也難以實(shí)現(xiàn)前饋反饋復(fù)合控制前饋反饋復(fù)合控制作用機(jī)理分析：作用機(jī)理分析： sFsGsGsGsGsGsXsGsGsGsGsYcBFcc000011換熱器復(fù)合控制系統(tǒng)靜態(tài)補(bǔ)償/動(dòng)態(tài)補(bǔ)償與開環(huán)前饋相同 )(/0sGsGsGFB完全補(bǔ)償條件： 011cGs Gs不同：干擾對(duì)輸出的影響縮小靜態(tài)補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償靜態(tài)補(bǔ)償與動(dòng)態(tài)補(bǔ)償靜態(tài)補(bǔ)償靜態(tài)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)補(bǔ)償動(dòng)態(tài)補(bǔ)償靜態(tài)放大系數(shù)之比動(dòng)態(tài)傳函之比干擾通道與控制通道的時(shí)間常數(shù)相差不大 物理易實(shí)現(xiàn)物理不易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)復(fù)雜工藝要求較低工

23、藝要求特別高 00(0)/(0)BFBGGGK sGsGsGFB0/6.2.5 6.2.5 引入前饋的原則及應(yīng)用實(shí)例引入前饋的原則及應(yīng)用實(shí)例1. 1. 引入前饋控制的原則引入前饋控制的原則 1 1）系統(tǒng)存在頻率高、幅值大、系統(tǒng)存在頻率高、幅值大、可測(cè)不可控可測(cè)不可控的干擾，的干擾，反饋控制難以克服反饋控制難以克服、控制要求高時(shí)；控制要求高時(shí)；2 2）控制通道時(shí)常大于干擾通道時(shí)常，控制通道時(shí)常大于干擾通道時(shí)常，反饋控制不及時(shí)反饋控制不及時(shí)，控制質(zhì)量差；，控制質(zhì)量差；3 3）主要干擾主要干擾無法用串級(jí)控制無法用串級(jí)控制使其包含于副回路或副回路滯后過大時(shí)；使其包含于副回路或副回路滯后過大時(shí)；4 4）

24、盡可能采用盡可能采用靜態(tài)補(bǔ)償靜態(tài)補(bǔ)償而不采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。而不采用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。6.2.5 6.2.5 引入前饋的原則及應(yīng)用實(shí)例引入前饋的原則及應(yīng)用實(shí)例2. 2. 復(fù)合控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例復(fù)合控制系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例（1 1）蒸發(fā)過程的濃度控制）蒸發(fā)過程的濃度控制濃度濃度 溶液沸點(diǎn)與水沸點(diǎn)之溫差溶液沸點(diǎn)與水沸點(diǎn)之溫差復(fù)合控制復(fù)合控制方案方案：蒸汽流量為前饋信號(hào)蒸汽流量為前饋信號(hào)溫差為反饋信號(hào)溫差為反饋信號(hào)進(jìn)料溶液為控制參數(shù)進(jìn)料溶液為控制參數(shù)水（2 2）鍋爐汽包水位控制）鍋爐汽包水位控制水位控制的重要性水位控制的重要性影響因素：影響因素：蒸汽用量（不可控）、給水流量（選為控制參數(shù)）蒸汽用量（不可控）、給水流量（選為

25、控制參數(shù)）問題：?jiǎn)栴}： 沸水沸水“虛假水位虛假水位”。影響控制效果。影響控制效果。解決方案：解決方案：蒸汽流量為前饋信號(hào)蒸汽流量為前饋信號(hào)給水流量為副參數(shù)給水流量為副參數(shù)水位為主參數(shù)水位為主參數(shù)前饋反饋串級(jí)控制前饋反饋串級(jí)控制燃料量不變6.3 6.3 大滯后過程控制系統(tǒng)大滯后過程控制系統(tǒng)6.3.1 6.3.1 大滯后過程概述大滯后過程概述純滯后：純滯后：介質(zhì)傳輸、化學(xué)反應(yīng)、管道混合、皮帶傳送、軋輥傳輸、多容器串介質(zhì)傳輸、化學(xué)反應(yīng)、管道混合、皮帶傳送、軋輥傳輸、多容器串聯(lián)成分測(cè)量等。聯(lián)成分測(cè)量等。純滯后的程度：純滯后的程度：3 . 0/ T3 . 0/ T稱為一般純滯后；稱為一般純滯后；稱為大滯

26、后。稱為大滯后。大純滯后難于控制大純滯后難于控制：1 1）測(cè)量純滯后使調(diào)節(jié)作用不及時(shí)；測(cè)量純滯后使調(diào)節(jié)作用不及時(shí)；2 2）控制介質(zhì)傳輸滯后使調(diào)節(jié)動(dòng)作不及時(shí)；控制介質(zhì)傳輸滯后使調(diào)節(jié)動(dòng)作不及時(shí)；3）開環(huán)頻率特性的相角滯后隨頻率）開環(huán)頻率特性的相角滯后隨頻率 閉環(huán)穩(wěn)定裕度閉環(huán)穩(wěn)定裕度解決方案：微分先行、中間反饋、解決方案：微分先行、中間反饋、史密斯預(yù)估、內(nèi)?？刂剖访芩诡A(yù)估、內(nèi)?？刂频鹊?.3.2 6.3.2 史密斯預(yù)估控制史密斯預(yù)估控制1. 1. 史密斯預(yù)估控制：史密斯預(yù)估控制：預(yù)先估計(jì)動(dòng)態(tài)模型預(yù)先估計(jì)動(dòng)態(tài)模型 預(yù)估器使滯后了的被控量提前預(yù)估器使滯后了的被控量提前反饋反饋 調(diào)節(jié)器提前動(dòng)作調(diào)節(jié)器提前動(dòng)

27、作 減少超調(diào)、加速調(diào)節(jié)過程。減少超調(diào)、加速調(diào)節(jié)過程。 00ssYsGs eGsGsUs 01ssGsGse 001scscYsGs Gs eXsGs Gs e單回路控制：?jiǎn)位芈房刂疲?.3.2 6.3.2 史密斯預(yù)估控制史密斯預(yù)估控制 scScscScscScscesGsGsGsGesGsGsGsGesGsGsGsGesGsGsXsY00001111 sGsGesGsGcsc001 01ssGsGse2. 2. 仿真實(shí)例仿真實(shí)例實(shí)線為史密斯預(yù)估控制結(jié)果，實(shí)線為史密斯預(yù)估控制結(jié)果，虛線為單回路控制結(jié)果虛線為單回路控制結(jié)果6.3.3 6.3.3 改進(jìn)型史密斯預(yù)估控制改進(jìn)型史密斯預(yù)估控制1. 1.

28、增益自適應(yīng)預(yù)估控制增益自適應(yīng)預(yù)估控制 scesGsUsYABAsDsDssDsUsGsDsDsDsYsYsXsGsU022301311當(dāng)模型相等時(shí)，等效為圖當(dāng)模型相等時(shí)，等效為圖625當(dāng)存在差異時(shí)，通過當(dāng)存在差異時(shí)，通過1s產(chǎn)生超前作用，使調(diào)節(jié)器產(chǎn)生超前作用，使調(diào)節(jié)器提前動(dòng)作，以減小超調(diào)和提前動(dòng)作，以減小超調(diào)和加快調(diào)節(jié)過程。加快調(diào)節(jié)過程。2.2.動(dòng)態(tài)參數(shù)自適應(yīng)預(yù)估控制動(dòng)態(tài)參數(shù)自適應(yīng)預(yù)估控制當(dāng)模型準(zhǔn)確時(shí)，主反饋信號(hào)當(dāng)模型準(zhǔn)確時(shí)，主反饋信號(hào)為零，其效果同史密斯預(yù)估為零，其效果同史密斯預(yù)估控制；當(dāng)有差異時(shí)，主反饋控制；當(dāng)有差異時(shí)，主反饋的動(dòng)態(tài)變化經(jīng)慣性濾波后反的動(dòng)態(tài)變化經(jīng)慣性濾波后反饋，以增強(qiáng)適應(yīng)性

29、。饋，以增強(qiáng)適應(yīng)性。慣性濾波器的設(shè)計(jì)慣性濾波器的設(shè)計(jì))1)(11 (1)1)(11 ()()(1)()()(002200220202sTKsTKsTKsTKsGsGsGsGsGcCcCCCF111102002002sTsKKTKKsTKKFCCC設(shè)計(jì)思路：設(shè)兩個(gè)調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)思路：設(shè)兩個(gè)調(diào)節(jié)器均為均為PIPI調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器1 1按模型完全準(zhǔn)確時(shí)設(shè)計(jì)；按模型完全準(zhǔn)確時(shí)設(shè)計(jì)；調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器2 2按具體情況設(shè)計(jì)，按具體情況設(shè)計(jì)，設(shè)對(duì)象的非滯后部分為一設(shè)對(duì)象的非滯后部分為一階慣性環(huán)節(jié)，且調(diào)節(jié)器階慣性環(huán)節(jié)，且調(diào)節(jié)器2 2的積分時(shí)常與慣性時(shí)常相的積分時(shí)常與慣性時(shí)常相等，則有等，則有6.3.4 6.

30、3.4 內(nèi)模控制內(nèi)?？刂泼黠@改善大滯后過程的控制品質(zhì)明顯改善大滯后過程的控制品質(zhì)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)性能好調(diào)節(jié)性能好魯棒性強(qiáng)魯棒性強(qiáng)內(nèi)模控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)內(nèi)?？刂葡到y(tǒng)的結(jié)構(gòu) 000000( )( )( )1( )1( )( )1( )( )ccccY sX sF sGs G sGs G sGs G sG sGs G sG s如何設(shè)計(jì)內(nèi)?？刂破?？2. 2. 理想內(nèi)?？刂破骼硐雰?nèi)?？刂破骷僭O(shè)模型沒有誤差，則有假設(shè)模型沒有誤差，則有 00( )( )1( )( )ccY sGs Gs X sGs GsF s當(dāng)當(dāng)X(sX(s)=0,F(s)0)=0,F(s)0時(shí)：時(shí)： 01( )( )cY sGs G sF s當(dāng)當(dāng)X(s)0X(s)0，F(xiàn)(sF