過(guò)程控制系統(tǒng)概述

1、LOGO3.1.1 3.1.1 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型及其作用被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型及其作用 被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是指過(guò)程的輸入變量與輸出變量之間定量關(guān)系的描述。是指過(guò)程的輸入變量與輸出變量之間定量關(guān)系的描述。其中：過(guò)程的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為其中：過(guò)程的輸入變量至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為通道；通道； 控制作用至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為控制作用至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為控制通道；控制通道； 干擾作用至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為干擾作用至輸出變量的信號(hào)聯(lián)系稱(chēng)為干擾通道；干擾通道； 過(guò)程的輸出過(guò)程的輸出為控制通道與干擾通道的輸出之和。為控制通道與干擾通道的輸出之和。 一 般 是 在一 般

2、是 在工藝流程和設(shè)工藝流程和設(shè)備尺寸等都確備尺寸等都確定的情況，研定的情況，研究對(duì)象的輸入究對(duì)象的輸入變量是如何影變量是如何影響輸出變量的。響輸出變量的。 研究研究的 目 的 是的 目 的 是為 了 使 所為 了 使 所設(shè) 計(jì) 的 控設(shè) 計(jì) 的 控制 系 統(tǒng) 達(dá)制 系 統(tǒng) 達(dá)到 更 好 的到 更 好 的控制效果?？刂菩Ч?。 在 產(chǎn) 品 規(guī) 格在 產(chǎn) 品 規(guī) 格和產(chǎn)量已確定的和產(chǎn)量已確定的情況下，通過(guò)模情況下，通過(guò)模型計(jì)算，確定設(shè)型計(jì)算，確定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸、備的結(jié)構(gòu)、尺寸、工藝流程和某些工藝流程和某些工藝條件。工藝條件。 （a a）（b b）（c c） 用于用于控制控制的數(shù)學(xué)模型（的數(shù)學(xué)模型（

3、a a、b b）與用于）與用于工藝設(shè)計(jì)與分析工藝設(shè)計(jì)與分析的的數(shù)學(xué)模型（數(shù)學(xué)模型（c c）不完全相同。）不完全相同。非參量模型非參量模型 當(dāng)數(shù)學(xué)模型是采用曲線(xiàn)或數(shù)據(jù)表格等來(lái)表示時(shí)，稱(chēng)為非參當(dāng)數(shù)學(xué)模型是采用曲線(xiàn)或數(shù)據(jù)表格等來(lái)表示時(shí)，稱(chēng)為非參量模型。非參量模型可以通過(guò)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)得到，有時(shí)也可量模型。非參量模型可以通過(guò)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)得到，有時(shí)也可以通過(guò)計(jì)算來(lái)得到。以通過(guò)計(jì)算來(lái)得到。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：形象、清晰，比較容易看出其定性的特征形象、清晰，比較容易看出其定性的特征 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：直接利用它們來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)往往比較困難直接利用它們來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)往往比較困難 表達(dá)形式：表達(dá)形式： 對(duì)

4、象在一定形式輸入作用下的輸出曲線(xiàn)或數(shù)據(jù)來(lái)表示對(duì)象在一定形式輸入作用下的輸出曲線(xiàn)或數(shù)據(jù)來(lái)表示 當(dāng)數(shù)學(xué)模型是采用數(shù)學(xué)方程式來(lái)描述時(shí)，稱(chēng)為參量模型。對(duì)象的當(dāng)數(shù)學(xué)模型是采用數(shù)學(xué)方程式來(lái)描述時(shí)，稱(chēng)為參量模型。對(duì)象的參量模型可以用描述對(duì)象輸入、輸出關(guān)系的微分方程式、偏微分方程參量模型可以用描述對(duì)象輸入、輸出關(guān)系的微分方程式、偏微分方程式、狀態(tài)方程、差分方程等形式來(lái)表示。式、狀態(tài)方程、差分方程等形式來(lái)表示。 參量模型參量模型1.1.全面、深入地掌握被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。全面、深入地掌握被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。2.2.良好數(shù)學(xué)模型的建立是控制器參數(shù)確定的重要依據(jù)。良好數(shù)學(xué)模型

5、的建立是控制器參數(shù)確定的重要依據(jù)。3.3.數(shù)學(xué)建模是仿真或研究、開(kāi)發(fā)新型控制策略的必要條件。數(shù)學(xué)建模是仿真或研究、開(kāi)發(fā)新型控制策略的必要條件。4.4.設(shè)計(jì)與操作生產(chǎn)工藝及設(shè)備時(shí)的指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程及相關(guān)設(shè)備設(shè)計(jì)與操作生產(chǎn)工藝及設(shè)備時(shí)的指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程及相關(guān)設(shè)備 數(shù)學(xué)模型的分析或仿真，可以為生產(chǎn)工藝及設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作提供指導(dǎo)。數(shù)學(xué)模型的分析或仿真，可以為生產(chǎn)工藝及設(shè)備的設(shè)計(jì)與操作提供指導(dǎo)。5.5.工業(yè)過(guò)程故障檢測(cè)與診斷的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。利用數(shù)學(xué)模型可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工業(yè)工業(yè)過(guò)程故障檢測(cè)與診斷的設(shè)計(jì)指導(dǎo)。利用數(shù)學(xué)模型可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)工業(yè) 過(guò)程中控制系統(tǒng)的故障及其原因，并提供正確的解決途徑。過(guò)程中控制

6、系統(tǒng)的故障及其原因，并提供正確的解決途徑。 有自衡特性和無(wú)自衡特性有自衡特性和無(wú)自衡特性 當(dāng)原來(lái)處于平衡狀態(tài)的過(guò)程出現(xiàn)干擾時(shí)，其輸出量在無(wú)人或無(wú)控制裝當(dāng)原來(lái)處于平衡狀態(tài)的過(guò)程出現(xiàn)干擾時(shí)，其輸出量在無(wú)人或無(wú)控制裝置的干預(yù)下，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)或新的平衡狀態(tài)，則稱(chēng)該過(guò)程置的干預(yù)下，能夠自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)或新的平衡狀態(tài)，則稱(chēng)該過(guò)程具有自衡具有自衡特性特性，否則，該過(guò)程則被認(rèn)為，否則，該過(guò)程則被認(rèn)為無(wú)自衡特性無(wú)自衡特性。 具有自衡特性的過(guò)程及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)具有自衡特性的過(guò)程及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 進(jìn)水量階躍增大進(jìn)水量階躍增大水位升高水位升高出水閥前的靜壓增大出水閥前的靜壓增大出水量逐漸增出水量逐漸增大大出水量等

7、于進(jìn)水量出水量等于進(jìn)水量水位處于新的平衡狀態(tài)。水位處于新的平衡狀態(tài)。無(wú)自衡無(wú)自衡特性的特性的過(guò)程及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)過(guò)程及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn) 進(jìn)水量階躍增大進(jìn)水量階躍增大水位升高水位升高出水量不隨水位升高而增大（出水出水量不隨水位升高而增大（出水量由水泵決定）量由水泵決定）水位一直上升。水位一直上升。 振蕩與非振蕩過(guò)程的特性振蕩與非振蕩過(guò)程的特性 在階躍輸入作用下，輸出會(huì)出現(xiàn)多種形式。圖中，在階躍輸入作用下，輸出會(huì)出現(xiàn)多種形式。圖中，a)a)、b)b)和和c)c)為振蕩過(guò)為振蕩過(guò)程，程，d)d)和和e)e)為非振蕩過(guò)程。為非振蕩過(guò)程。 衰減振蕩的傳遞函數(shù)一般可表示為衰減振蕩的傳遞函數(shù)一般可表示為 22

8、( )(21)sK eGsTsT s(01) 對(duì)過(guò)程施加一階躍輸入信號(hào)，若在開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)，過(guò)程輸出先降后升對(duì)過(guò)程施加一階躍輸入信號(hào)，若在開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)，過(guò)程輸出先降后升或先升后降，即出現(xiàn)相反的變化方向，則其為具有反向特性的被控過(guò)程。或先升后降，即出現(xiàn)相反的變化方向，則其為具有反向特性的被控過(guò)程。鍋爐汽包水位的變化過(guò)程為典型的具有反向特性的過(guò)程鍋爐汽包水位的變化過(guò)程為典型的具有反向特性的過(guò)程 在給水量階躍增大而燃料量和蒸汽負(fù)荷不變的情況下，在給水量階躍增大而燃料量和蒸汽負(fù)荷不變的情況下，由于蒸發(fā)率的降低，于是剛開(kāi)始時(shí)水位會(huì)下降，然后才逐漸由于蒸發(fā)率的降低，于是剛開(kāi)始時(shí)水位會(huì)下降，然后才逐漸上升

9、。上升。 1.1.機(jī)理演繹法機(jī)理演繹法 根據(jù)被控過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用已知的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，用數(shù)學(xué)解析根據(jù)被控過(guò)程的內(nèi)部機(jī)理，運(yùn)用已知的靜態(tài)或動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，用數(shù)學(xué)解析的方法求取被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。的方法求取被控過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。2.2.試驗(yàn)辨識(shí)法試驗(yàn)辨識(shí)法 先給被控過(guò)程人先給被控過(guò)程人為地施加一個(gè)輸入作為地施加一個(gè)輸入作用，然后記錄過(guò)程的用，然后記錄過(guò)程的輸出變化量，得到一輸出變化量，得到一系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線(xiàn)，系列試驗(yàn)數(shù)據(jù)或曲線(xiàn)，最后再根據(jù)輸入輸最后再根據(jù)輸入輸出試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定其模出試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定其模型的結(jié)構(gòu)（包括模型型的結(jié)構(gòu)（包括模型形式、階次與純滯后形式、階次與純滯后時(shí)間等）與模型的參時(shí)間等）

10、與模型的參數(shù)。數(shù)。 主要步驟主要步驟3.3.混合法混合法機(jī)理演繹法與試驗(yàn)辯識(shí)法的相互交替使用機(jī)理演繹法與試驗(yàn)辯識(shí)法的相互交替使用的一種方法的一種方法單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)：由一個(gè)測(cè)量元件、一個(gè)變送器、一個(gè)調(diào)由一個(gè)測(cè)量元件、一個(gè)變送器、一個(gè)調(diào) 節(jié)器、一個(gè)執(zhí)行器和一個(gè)對(duì)象組成的單節(jié)器、一個(gè)執(zhí)行器和一個(gè)對(duì)象組成的單 閉環(huán)控制系統(tǒng)。也稱(chēng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。閉環(huán)控制系統(tǒng)。也稱(chēng)簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)。LTLICM對(duì)象3.2.1 概述概述TTTICM冷液冷液熱液熱液蒸汽蒸汽對(duì)對(duì)以上兩個(gè)控制系統(tǒng)可用下述方框圖表示：以上兩個(gè)控制系統(tǒng)可用下述方框圖表示：簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)組成簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)組成被控被控對(duì)象對(duì)象測(cè)量變送器測(cè)量變送器控

11、制（調(diào)節(jié)）器控制（調(diào)節(jié)）器控制閥（包括執(zhí)行器）控制閥（包括執(zhí)行器） 控制系統(tǒng)組建控制系統(tǒng)組建設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟一、一、被控變量被控變量選擇選擇 被控變量和操縱變量的選擇被控變量和操縱變量的選擇 調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 自動(dòng)化儀表設(shè)備選擇（包括軟件編制）自動(dòng)化儀表設(shè)備選擇（包括軟件編制）生產(chǎn)過(guò)程中希望保持恒定或按一定規(guī)律變化的變量生產(chǎn)過(guò)程中希望保持恒定或按一定規(guī)律變化的變量 一般選擇對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量或安全生產(chǎn)具有決定性作一般選擇對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量或安全生產(chǎn)具有決定性作用的用的關(guān)鍵變量。關(guān)鍵變量。選擇原則：選擇原則： 應(yīng)能代表一定的工藝操作指標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一應(yīng)能代表一定的工藝操作指

12、標(biāo)或能反映工藝操作狀態(tài)，一般都為工藝過(guò)程中比較重要的變量。般都為工藝過(guò)程中比較重要的變量。 該量在工藝操作過(guò)程中經(jīng)常受到一些干擾而發(fā)生變化，為該量在工藝操作過(guò)程中經(jīng)常受到一些干擾而發(fā)生變化，為維持恒定需較頻繁調(diào)節(jié)。維持恒定需較頻繁調(diào)節(jié)。 盡量選直接參數(shù)。如直接參數(shù)難以測(cè)量，則應(yīng)選與直接參盡量選直接參數(shù)。如直接參數(shù)難以測(cè)量，則應(yīng)選與直接參數(shù)成單值函數(shù)的間接參數(shù)。數(shù)成單值函數(shù)的間接參數(shù)。 該量應(yīng)能夠被測(cè)量出來(lái)，且有足夠的靈敏度。該量應(yīng)能夠被測(cè)量出來(lái)，且有足夠的靈敏度。 應(yīng)考慮工藝合理性和國(guó)產(chǎn)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。應(yīng)考慮工藝合理性和國(guó)產(chǎn)儀表產(chǎn)品現(xiàn)狀。 該量應(yīng)是獨(dú)立可控的。該量應(yīng)是獨(dú)立可控的。二、二、操縱變量

13、操縱變量的選擇的選擇用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量。用來(lái)克服干擾對(duì)被控變量的影響，實(shí)現(xiàn)控制作用的變量。選擇原則：選擇原則： 操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。操縱變量應(yīng)是可控的，即工藝上允許調(diào)節(jié)的變量。 操縱變量一般比其它干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏。操縱變量一般比其它干擾對(duì)被控變量的影響更加靈敏。PID調(diào)節(jié)規(guī)律：調(diào)節(jié)規(guī)律：）（dtdeTdedtTieKpy1三、三、調(diào)節(jié)規(guī)律調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇的選擇PID調(diào)節(jié)規(guī)律特點(diǎn)綜述：調(diào)節(jié)規(guī)律特點(diǎn)綜述：PID調(diào)節(jié)規(guī)律階躍響應(yīng)特性曲線(xiàn)調(diào)節(jié)規(guī)律階躍響應(yīng)特性曲線(xiàn)四、四、自動(dòng)化儀表自動(dòng)化儀表選擇選擇 1.測(cè)量元件選擇測(cè)量元件選擇 測(cè)量元件測(cè)

14、量元件時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)（主要指測(cè)溫元（主要指測(cè)溫元 件時(shí)間常數(shù)）件時(shí)間常數(shù)） 會(huì)造成測(cè)量滯后會(huì)造成測(cè)量滯后 測(cè)量元件純滯后測(cè)量元件純滯后（主要由測(cè)量元件安裝位置引起）（主要由測(cè)量元件安裝位置引起）例例 a ：溫度控制系統(tǒng)：溫度控制系統(tǒng) 例例 b ： PH值控制系統(tǒng)圖值控制系統(tǒng)圖2.調(diào)節(jié)器選擇調(diào)節(jié)器選擇主要依據(jù)：調(diào)節(jié)規(guī)律、輸入通道數(shù)主要依據(jù)：調(diào)節(jié)規(guī)律、輸入通道數(shù)3.其它儀表選擇其它儀表選擇變送變送器、配電器、執(zhí)行器、記錄儀、顯示儀、計(jì)算機(jī)等器、配電器、執(zhí)行器、記錄儀、顯示儀、計(jì)算機(jī)等五、自動(dòng)控制系統(tǒng)組建五、自動(dòng)控制系統(tǒng)組建調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器執(zhí)行器執(zhí)行器測(cè)量變送測(cè)量變送對(duì)象對(duì)象給定值給定值 Z被控變量被

15、控變量-XI操縱操縱變量變量參數(shù)整定參數(shù)整定：對(duì)某一具體的控制系統(tǒng)，確定最合適的比例度、積對(duì)某一具體的控制系統(tǒng)，確定最合適的比例度、積 分時(shí)間和微分時(shí)間。分時(shí)間和微分時(shí)間。整定整定方法方法理論計(jì)算法理論計(jì)算法工程整定法工程整定法（實(shí)驗(yàn)整定法）（實(shí)驗(yàn)整定法）一、臨界比例度法一、臨界比例度法二、衰減曲線(xiàn)法二、衰減曲線(xiàn)法三、經(jīng)驗(yàn)湊試法三、經(jīng)驗(yàn)湊試法3.3 常用高性能控制系統(tǒng)常用高性能控制系統(tǒng)主要內(nèi)容主要內(nèi)容串級(jí)串級(jí)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)大滯后過(guò)程大滯后過(guò)程控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)前饋前饋控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一、組成及工作原理一、組成及工作原理 反應(yīng)釜溫度控制反應(yīng)釜溫度控制1.反應(yīng)釜原理反應(yīng)釜原理冷卻液原料（混合）產(chǎn)品

16、產(chǎn)品T反應(yīng)槽夾套槽壁冷卻液輸出2.溫度控制方案溫度控制方案 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)冷卻液原料（混合）產(chǎn)品TTTCM冷卻液輸出T 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)T冷卻液原料（混合）產(chǎn)品TT1TC1M冷卻液輸出TT2TC2外給T、管式加熱爐溫度控制、管式加熱爐溫度控制1.管式加熱爐原理管式加熱爐原理爐膛T出口燃料原料油2.控制方案控制方案 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)爐膛出口燃料原料油TTTCMT 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)爐膛出口燃料原料油TT1TC1MTT2TC2外給TT、鍋爐主蒸汽溫度控制、鍋爐主蒸汽溫度控制1.鍋爐原理鍋爐原理 單回路控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)2.控制方案控制方案TTTCMT給定

17、給定飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽減減溫水溫水給水給水T 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)MTT2TC2外給外給TTT1TC1T給定給定飽和蒸汽飽和蒸汽過(guò)熱蒸汽過(guò)熱蒸汽減減溫水溫水給水給水二、串級(jí)控制系統(tǒng)典型方框圖二、串級(jí)控制系統(tǒng)典型方框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：兩個(gè)閉會(huì)回路兩個(gè)閉會(huì)回路（主回路、副回路），（主回路、副回路），兩個(gè)變量?jī)蓚€(gè)變量（主變量、副變量），（主變量、副變量），兩個(gè)調(diào)節(jié)器兩個(gè)調(diào)節(jié)器（主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器，（主調(diào)節(jié)器、副調(diào)節(jié)器，一一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值個(gè)調(diào)節(jié)器的輸出作為另一個(gè)調(diào)節(jié)器的設(shè)定值），），兩個(gè)測(cè)量變送兩個(gè)測(cè)量變送器器（主測(cè)量變送器、副測(cè)量變送器）。（主測(cè)

18、量變送器、副測(cè)量變送器）。三三 、應(yīng)用范圍、應(yīng)用范圍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(xiàn)性過(guò)程非線(xiàn)性過(guò)程一、問(wèn)題的提出一、問(wèn)題的提出TTTCM以下介紹兩個(gè)反饋控制實(shí)例以下介紹兩個(gè)反饋控制實(shí)例 反饋控制系統(tǒng)控制滯后、不及時(shí)。反饋控制系統(tǒng)控制滯后、不及時(shí)。 為了改變反饋控制不及時(shí)的狀況及不穩(wěn)定的內(nèi)在因素，提出為了改變反饋控制不及時(shí)的狀況及不穩(wěn)定的內(nèi)在因素，提出 了了前饋控制前饋控制理論理論LTMLCFCFT1前饋控制前饋控制 又稱(chēng)為擾動(dòng)控制，它與反饋控制

19、原理完全不同，又稱(chēng)為擾動(dòng)控制，它與反饋控制原理完全不同， 它是按引起被控變量變化的干擾大小進(jìn)行控制它是按引起被控變量變化的干擾大小進(jìn)行控制 的，在這種系統(tǒng)中，要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的的，在這種系統(tǒng)中，要直接測(cè)量負(fù)載干擾量的 變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就變化，當(dāng)干擾剛剛出現(xiàn)而能測(cè)出時(shí)，調(diào)節(jié)器就 發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使操縱變量作相應(yīng)變化，發(fā)出調(diào)節(jié)信號(hào)，使操縱變量作相應(yīng)變化， 使兩使兩 者（干擾與操縱變量）抵消于被控變量發(fā)生偏者（干擾與操縱變量）抵消于被控變量發(fā)生偏 差之前。因此，前饋控制對(duì)干擾的克服比反饋差之前。因此，前饋控制對(duì)干擾的克服比反饋 控制要快。控制要快。二、前饋控制概念二、前饋控制

20、概念三、組成及原理三、組成及原理MFTFC四、特點(diǎn)及局限性四、特點(diǎn)及局限性1.特點(diǎn)：特點(diǎn)： 、前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制。、前饋控制是一種開(kāi)環(huán)控制。 、前饋控制按干擾大小進(jìn)行補(bǔ)償。、前饋控制按干擾大小進(jìn)行補(bǔ)償。 、前饋控制的調(diào)節(jié)規(guī)律不同于常規(guī)、前饋控制的調(diào)節(jié)規(guī)律不同于常規(guī)PID調(diào)節(jié)規(guī)律。調(diào)節(jié)規(guī)律。 、前饋控制只能抑制可測(cè)不可控的干擾對(duì)被控變量的影響。、前饋控制只能抑制可測(cè)不可控的干擾對(duì)被控變量的影響。2.局限性：局限性： 、不可能針對(duì)每一個(gè)干擾都設(shè)計(jì)并應(yīng)用一套獨(dú)立的前饋控、不可能針對(duì)每一個(gè)干擾都設(shè)計(jì)并應(yīng)用一套獨(dú)立的前饋控 制系統(tǒng)。制系統(tǒng)。 、對(duì)不可測(cè)的干擾無(wú)法實(shí)現(xiàn)前饋控制。、對(duì)不可測(cè)的干擾無(wú)法實(shí)現(xiàn)

21、前饋控制。 、前饋控制調(diào)節(jié)規(guī)律難以實(shí)現(xiàn)。、前饋控制調(diào)節(jié)規(guī)律難以實(shí)現(xiàn)。五、前饋控制的幾種形式五、前饋控制的幾種形式1.單純前饋控制控制系統(tǒng)單純前饋控制控制系統(tǒng)TTTCMFTFC 換熱器溫度控制換熱器溫度控制 鍋爐汽包液位控制鍋爐汽包液位控制LTMLCFCFT1FT1 前饋控制一般不單獨(dú)使用（因?yàn)檫_(dá)不到預(yù)期效果），實(shí)際上前饋控制一般不單獨(dú)使用（因?yàn)檫_(dá)不到預(yù)期效果），實(shí)際上 常與反饋控制混合使用，即組成前饋常與反饋控制混合使用，即組成前饋反饋控制系統(tǒng)。反饋控制系統(tǒng)。2.前饋前饋反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)TTTCMFTFC 換熱器溫度控制換熱器溫度控制 鍋爐汽包液位控制鍋爐汽包液位控制LTMLCFCFT

22、1FT1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。輸、多容器串聯(lián)成分測(cè)量等。純滯后的程度：純滯后的程度：/T0.3，稱(chēng)為一般純滯后；，稱(chēng)為一般純滯后； /T0.3，稱(chēng)為大純滯后。，稱(chēng)為大純滯后。 大純滯后難于控制，其主要原因如下：大純滯后難于控制，其主要原因如下： 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）控制介質(zhì)傳輸滯后使調(diào)節(jié)動(dòng)作不及時(shí)；及時(shí)； 3）純滯后的存在使系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性相角滯后隨頻率純滯后的存在使系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)頻率特性相角滯后隨

23、頻率的增大而增大，結(jié)果使閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度下降。而要保證其的增大而增大，結(jié)果使閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定裕度下降。而要保證其穩(wěn)定裕度，只能減小調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，但這將導(dǎo)致調(diào)節(jié)質(zhì)量穩(wěn)定裕度，只能減小調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)，但這將導(dǎo)致調(diào)節(jié)質(zhì)量的下降。的下降。解決方案：解決方案：微分先行、中間反饋、斯密斯預(yù)估、內(nèi)?？刂频取Ｎ⒎窒刃?、中間反饋、斯密斯預(yù)估、內(nèi)模控制等。主要內(nèi)容主要內(nèi)容比值比值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)分程分程控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)均勻均勻控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)選擇性選擇性控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)一、概述一、概述加加熱熱爐爐煤氣煤氣空氣空氣TTTICMFTFfFICM比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(shù)符合一定實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩

24、個(gè)以上參數(shù)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)比例關(guān)系的控制系統(tǒng)煤氣：煤氣：主物主物料、主動(dòng)量、主流量料、主動(dòng)量、主流量Q1空氣：空氣：副物副物料、副動(dòng)量、副流量料、副動(dòng)量、副流量Q2作用：作用：使副物料使副物料Q2與主物料與主物料Q1成一定的比例關(guān)系成一定的比例關(guān)系即：即：Q2/Q1=K（K為比例系數(shù)）為比例系數(shù)）二、常見(jiàn)比值控制系統(tǒng)二、常見(jiàn)比值控制系統(tǒng)1.開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)開(kāi)環(huán)比值控制系統(tǒng)加加熱熱爐爐煤氣Q1空氣Q2FTFfFICM 原理圖原理圖 方框圖方框圖調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對(duì)象測(cè)量變送給定給定比例系數(shù)比例系數(shù)Q1Q2 特點(diǎn)特點(diǎn)A、優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備少，投資?。粌?yōu)點(diǎn)：設(shè)備少，投資省；B、缺點(diǎn)：只能保證缺點(diǎn)：只能保

25、證Q2的的閥門(mén)開(kāi)度與閥門(mén)開(kāi)度與Q1成比例，不能成比例，不能 保證保證Q2與與Q1成比例。成比例。2.單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 原理圖原理圖FT2加加熱熱爐爐FTFfFICM煤氣Q1空氣Q2 方框圖方框圖調(diào)節(jié)器執(zhí)行器對(duì)象測(cè)量變送1Q1Q2比值給定器測(cè)量變送2- 特點(diǎn)特點(diǎn)A、缺點(diǎn)：設(shè)備多，投資多；缺點(diǎn)：設(shè)備多，投資多；B、優(yōu)點(diǎn)：能保證優(yōu)點(diǎn)：能保證Q2與與Q1成比例。成比例。3.雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 原理圖原理圖加加熱熱爐爐FTFfFICMFT2煤氣Q1空氣Q2FC1M 方框圖方框圖調(diào)節(jié)器2執(zhí)行器對(duì)象2測(cè)量變送1Q2比值給定器測(cè)量變送2-調(diào)節(jié)器1執(zhí)行器對(duì)象1Q1- 特點(diǎn)特

26、點(diǎn)A、缺點(diǎn)：設(shè)備多，投資多；缺點(diǎn)：設(shè)備多，投資多；B、優(yōu)點(diǎn)：能保證優(yōu)點(diǎn)：能保證Q2與與Q1成比例，且能穩(wěn)定主變量成比例，且能穩(wěn)定主變量Q1。4.變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)煤氣Q1空氣Q2加熱爐FTFfFICMFT2FC1MAT5.串級(jí)比值控制系統(tǒng)串級(jí)比值控制系統(tǒng)加加熱熱爐爐FTFfFICMFT2煤氣Q1空氣Q2FC1MTC三、比值系數(shù)計(jì)算三、比值系數(shù)計(jì)算FT加加熱熱爐爐FfFICMFT2空氣Q2煤氣Q1FC1MI1I2比比 值：值：K=Q2/Q1比值系數(shù)：比值系數(shù)：K=（I2-4）/（I1-4）1.流量與測(cè)量信號(hào)成非線(xiàn)性關(guān)系時(shí)流量與測(cè)量信號(hào)成非線(xiàn)性關(guān)系時(shí)21max2max2144qKKqII

27、1max22max144qIKKqI2.流量與測(cè)量信號(hào)成線(xiàn)性關(guān)系時(shí)流量與測(cè)量信號(hào)成線(xiàn)性關(guān)系時(shí)四、比值控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)四、比值控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 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(chēng)為相乘控節(jié)器的設(shè)定值，稱(chēng)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(chēng)為相除控制方案。稱(chēng)為相除控制方案。一、問(wèn)題的提出一、問(wèn)題的提出ABLCLTFCFT 圖圖a a圖圖c c是普通的單回路控制系統(tǒng)的控制結(jié)果，只有圖是普

28、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)部解決兩種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，即使工藝參數(shù)供求之間的矛盾，即使A A塔的液位在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)的同時(shí)，也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。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)備的液位、流量關(guān)系 二、均勻控制的

29、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

30、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姆秶鷥?nèi)變化。范圍內(nèi)變化。 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)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

31、參數(shù)整定等。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。 （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)

32、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提高主參數(shù)液位的控制精度，而是為了克采用串級(jí)形式的目的并不是為了提高主參數(shù)液位的控制精度，而是為了克服閥前壓力波動(dòng)及自平衡特性對(duì)流量的影響，使流量變化平緩。服閥前壓力波動(dòng)及自平衡特性對(duì)流量的影響，使流量變化平緩。2.調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇調(diào)節(jié)規(guī)律的選擇 3.調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定 (1)(1) 在所有的均勻控制系統(tǒng)中，不應(yīng)加微分控制在所有的均勻控制系統(tǒng)中，不應(yīng)加微分控制。 (2)(2) 主調(diào)節(jié)器一般采用比例控制或比例積分控制，而在串級(jí)控制中，主調(diào)節(jié)器一般采用比例控

33、制或比例積分控制，而在串級(jí)控制中，副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制，特殊情況下，也可采用比例積分控制。副調(diào)節(jié)器一般采用比例控制，特殊情況下，也可采用比例積分控制。經(jīng)驗(yàn)法經(jīng)驗(yàn)法：即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按照即根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，按照“先副后主先副后主” ” ，把主、副調(diào)節(jié)器的比例，把主、副調(diào)節(jié)器的比例度度調(diào)節(jié)到某一適當(dāng)值；然后由小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程緩慢調(diào)節(jié)到某一適當(dāng)值；然后由小到大進(jìn)行調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程緩慢地、非周期衰減變化，最后再根據(jù)過(guò)程的具體情況，給主調(diào)節(jié)器加上積分地、非周期衰減變化，最后再根據(jù)過(guò)程的具體情況，給主調(diào)節(jié)器加上積分作用。需要注意的是，主調(diào)節(jié)器的積分時(shí)間要調(diào)得大一些。作用。需要注意的是，主調(diào)節(jié)

34、器的積分時(shí)間要調(diào)得大一些。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)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(chēng)為：通常稱(chēng)為：分程控制系分程控制系統(tǒng)統(tǒng)。一、定義一、定義二、方框圖二、方框圖三、控制閥動(dòng)作方向三、控制閥動(dòng)作方向1.同向動(dòng)作同向動(dòng)作2.2.異向動(dòng)作異向動(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

35、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。 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)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。閥使用時(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)泄在分程控制系統(tǒng)