HG第八章復(fù)雜控制系統(tǒng)

1、1第八章第八章 復(fù)雜控制系統(tǒng)復(fù)雜控制系統(tǒng)單回路控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)）：在一般情況下能夠滿足生產(chǎn)控制要求。 特殊情況：系統(tǒng)干擾因素多、干擾劇烈，以及工藝特殊要求復(fù)雜控制系統(tǒng) 復(fù)雜控制系統(tǒng)主要有：1)串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)2)比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)3)均勻控制系統(tǒng)均勻控制系統(tǒng)4)前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)5)選擇控制系統(tǒng)6)分程控制系統(tǒng)分程控制系統(tǒng)7)多沖量控制系統(tǒng)等多沖量控制系統(tǒng)等2第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)例：例： 管式加熱爐出口溫度的單回路控制系統(tǒng)出口溫度原料燃料燃料TCp可延長(zhǎng)爐子壽命，可延長(zhǎng)爐子壽命，防止?fàn)t管燒壞；防止?fàn)t管燒壞；p 可保證后面精餾分可保證后面精餾分離的質(zhì)量

2、。離的質(zhì)量。3第一節(jié)第一節(jié) 串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)例：例： 管式加熱爐出口溫度的單回路控制系統(tǒng)出口溫度原料燃料燃料TC存在的問題？存在的問題？ 4解決方法解決方法 出口溫度出口溫度原料燃料燃料T1CT2C爐膛溫度分析工作過程。主控制主控制器器副控制副控制器器控制控制閥閥副對(duì)副對(duì)象象主對(duì)主對(duì)象象主測(cè)量主測(cè)量變送變送副測(cè)量副測(cè)量變送變送T1CT2CT1測(cè)量變送T2測(cè)量變送主變量干擾2干擾1-給定值副變量1、方塊圖、方塊圖52、串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)主控制主控制器器副控制副控制器器控制控制閥閥副對(duì)副對(duì)象象主對(duì)主對(duì)象象主測(cè)量主測(cè)量變送變送副測(cè)量副測(cè)量變送變送主變量干擾2干擾1-給定值副變量在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，

3、串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：主回路和在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，串級(jí)控制系統(tǒng)有兩個(gè)閉合回路：主回路和副回路；有兩個(gè)控制器：主控制器和副控制器副回路；有兩個(gè)控制器：主控制器和副控制器( (串接工作串接工作) )；有兩個(gè)測(cè)量變送器。；有兩個(gè)測(cè)量變送器。有兩個(gè)變量：主變量，副變量。有兩個(gè)變量：主變量，副變量。6串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)-2主控制主控制器器副控制副控制器器控制控制閥閥副對(duì)副對(duì)象象主對(duì)主對(duì)象象主測(cè)量主測(cè)量變送變送副測(cè)量副測(cè)量變送變送主變量干擾2干擾1-給定值副變量n在系統(tǒng)特性上，串級(jí)控制系統(tǒng)由于副回路的引入，改善了對(duì)象特征，使控制過程加快，具有超前控制超前控制的作用。7串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)-3主控制主控制器器

4、副控制副控制器器控制控制閥閥副對(duì)副對(duì)象象主對(duì)主對(duì)象象主測(cè)量主測(cè)量變送變送副測(cè)量副測(cè)量變送變送主變量干擾2干擾1-給定值副變量n串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副回路，具有有一定的串級(jí)控制系統(tǒng)由于增加了副回路，具有有一定的自適應(yīng)自適應(yīng)能力能力?？蓱?yīng)用于負(fù)荷和操作條件變化較大的場(chǎng)合可應(yīng)用于負(fù)荷和操作條件變化較大的場(chǎng)合。83、串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)副副變量變量的選擇的選擇及及副回路的設(shè)計(jì)副回路的設(shè)計(jì) u 一類情況是選擇與主變量有一定關(guān)系的某一中中間變量間變量作為副變量;u 另一類選擇的副變量就是操縱變量本身操縱變量本身,這樣能及時(shí)克服它的波動(dòng),減小對(duì)主變量的影響。93、串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)副副變量變量的

5、選擇的選擇及及副回路的設(shè)計(jì)副回路的設(shè)計(jì)v主副變量間應(yīng)有一定的內(nèi)在聯(lián)系；v系統(tǒng)的主要干擾應(yīng)包圍在副回路中；v在可能的情況下，應(yīng)使副環(huán)包圍更多的次要干擾；v副變量的選擇應(yīng)考慮主副對(duì)象時(shí)間常數(shù)的匹配，防止共振的發(fā)生；v當(dāng)對(duì)象具有較大的純滯后而影響控制質(zhì)量時(shí)，在選擇副變量時(shí)應(yīng)使副環(huán)盡量少包含純滯后或不包含純滯后。104、主主、副副控制器控制器控制規(guī)律控制規(guī)律的選擇的選擇主變量是生產(chǎn)工藝的主要操作指標(biāo)，要求比較嚴(yán)格，一般不允許有余差， 副變量是粗調(diào)，一般要求不嚴(yán)格，允許有波動(dòng)和余差。q主主控制器（定值控制）一般選擇比例積分控制規(guī)律，有時(shí)為了克服對(duì)象滯后，也加入微分作用；q副控制器（隨動(dòng)控制）力求快速反應(yīng)

6、，所以，一般不加入積分作用，只選擇比例控制規(guī)律；q只要主控制器有積分規(guī)律，主變量就可以保證沒有余差，不管干擾出現(xiàn)在什么位置；115、主、副控制器正反作用的選擇選擇順序：先副后主 副控制器：副回路按單回路獨(dú)立考慮，與主回路沒有關(guān)系，即從穩(wěn)定性考慮，開環(huán)放大倍數(shù)必須為“負(fù)”。 要求，知道副對(duì)象的正反作用，以及執(zhí)行器的正反作用。主控制器：考慮主環(huán)內(nèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的正反作用。 主控制器、主對(duì)象，以及副回路。副回路可以看作是一個(gè)符號(hào)為“正”的環(huán)節(jié) 隨動(dòng)系統(tǒng)，跟蹤主控制器的輸出。 因此，主控制器的符號(hào)主要取決于主對(duì)象的符號(hào)，即，主對(duì)象為“正”，則主控制器取“反”作用，主對(duì)象為“負(fù)”，則主控制器取“正”作用。12

7、舉例：主、副控制器正反作用的選擇出口溫度原料燃料燃料T1CT2C爐膛溫度圖中：“”號(hào)表示正作用；“”號(hào)表示反作用；13串級(jí)與主控的切換條件串級(jí)主控：用主控制器代替原副控制器的輸出，直接控制控制閥。主控串級(jí)：用副控制器代替原主控制器的輸出，直接控制控制閥。無論哪種切換，必須保證閥的控制方向正確直接切換條件 。14串級(jí)與主控的切換條件續(xù)副控制器為反作用（負(fù)）：正偏差輸出減小、 負(fù)偏差輸出增大主控制器輸出增加副控制器負(fù)偏差，輸出增加對(duì)控制閥的方向沒有影響主控制器輸出減小副控制器正偏差，輸出減小對(duì)控制閥的方向沒有影響 可見，此時(shí)主、副控制器輸出信號(hào)變化一致。副控制器為正作用（正）： 此時(shí)主、副控制器輸

8、出信號(hào)變化不一致。156、系統(tǒng)工程整定方法、系統(tǒng)工程整定方法分兩步整定兩個(gè)控制器分兩步整定兩個(gè)控制器A A、主環(huán)控制器比例度主環(huán)控制器比例度100%100%，積分時(shí)間最大，微分時(shí)間，積分時(shí)間最大，微分時(shí)間最小，按最小，按4 4：1 1整定方法直接整定副環(huán)，確定副環(huán)整定方法直接整定副環(huán)，確定副環(huán)4 4：1 1振振蕩過程時(shí)的比例度和振蕩周期；蕩過程時(shí)的比例度和振蕩周期；B B、放好副控制器放好副控制器4 4：1 1的比例度，積分時(shí)間最大，微分的比例度，積分時(shí)間最大，微分時(shí)間最小，同樣方法整定主控制器，確定副環(huán)時(shí)間最小，同樣方法整定主控制器，確定副環(huán)4 4：1 1振蕩振蕩過程時(shí)的比例度和振蕩周期；過

9、程時(shí)的比例度和振蕩周期；C C、按照得到的四個(gè)參數(shù)，可按單回路系統(tǒng)的公式計(jì)算按照得到的四個(gè)參數(shù)，可按單回路系統(tǒng)的公式計(jì)算PIDPID參數(shù)；參數(shù)； D D、先副后主、先比例次積分后微分投入，再小范圍調(diào)先副后主、先比例次積分后微分投入，再小范圍調(diào)整。整。16（2）一步法）一步法主要整定主控制器，比兩步法簡(jiǎn)單、實(shí)用主要整定主控制器，比兩步法簡(jiǎn)單、實(shí)用 。A A、副控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置值；副控制器參數(shù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置值； B B、按單回路方法直接整定主控制器按單回路方法直接整定主控制器 ；C C、觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整主控制器觀察控制過程，適當(dāng)調(diào)整主控制器K K值，或適當(dāng)值，或適當(dāng)調(diào)整副控制器的參數(shù)調(diào)整副控制器

10、的參數(shù) 。177、串級(jí)控制系統(tǒng)適應(yīng)場(chǎng)合n被控對(duì)象的控制通道純滯后時(shí)間較長(zhǎng)，用單回路控被控對(duì)象的控制通道純滯后時(shí)間較長(zhǎng)，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標(biāo)制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標(biāo)；n對(duì)象容量滯后比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)對(duì)象容量滯后比較大，用單回路控制系統(tǒng)不能滿足質(zhì)量指標(biāo)；量指標(biāo)；n控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很大的干擾；控制系統(tǒng)內(nèi)存在變化激烈且幅值很大的干擾； n被控對(duì)象具有較大的非線性，而負(fù)荷變化又較大；被控對(duì)象具有較大的非線性，而負(fù)荷變化又較大；18第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)一、均勻控制系統(tǒng)的基本概念甲、乙兩塔間的甲、乙兩塔間的供求關(guān)系供求關(guān)系出現(xiàn)了矛盾。出現(xiàn)了矛盾。 中間儲(chǔ)罐，緩沖作用；自

11、動(dòng)控制模擬中間儲(chǔ)罐，緩沖作用；自動(dòng)控制模擬 前后精餾塔的供求關(guān)系 1出料閥；2小閥均勻控制的目的均勻控制的目的甲塔甲塔:為了穩(wěn)定操作需保持塔釜液位穩(wěn)定，必然頻繁地改變塔底的排出量。乙塔：乙塔：從穩(wěn)定操作要求出發(fā)，希望進(jìn)料量盡量不變或少變。19第二節(jié) 均勻控制系統(tǒng)一、一、均勻控制系統(tǒng)的均勻控制系統(tǒng)的基本概念基本概念u為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操為了解決前后工序供求矛盾，達(dá)到前后兼顧協(xié)調(diào)操作，使作，使液位液位和和流量流量均勻變化均勻變化，組成的系統(tǒng)稱為，組成的系統(tǒng)稱為均勻控均勻控制系統(tǒng)制系統(tǒng)。 前后精餾塔的供求關(guān)系 1出料閥；2小閥均勻控制的目的均勻控制的目的甲塔:為了穩(wěn)定操作需保

12、持塔釜液位穩(wěn)定，必然頻繁地改變塔底的排出量。乙塔：從穩(wěn)定操作要求出發(fā)，希望進(jìn)料量盡量不變或少變。20構(gòu)成均勻控制系統(tǒng)，液位和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)的變化應(yīng)滿足構(gòu)成均勻控制系統(tǒng)，液位和流量?jī)蓚€(gè)參數(shù)的變化應(yīng)滿足如下要求：如下要求：小小 結(jié)：結(jié)：均勻控制系統(tǒng)，是指兩個(gè)工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均均勻控制系統(tǒng)，是指兩個(gè)工藝參數(shù)在規(guī)定范圍內(nèi)能緩慢地、均勻地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧，均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。勻地變化，使前后設(shè)備在物料供求上相互兼顧，均勻協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。1. 1. 兩個(gè)參數(shù)在控制過程中都應(yīng)該是變化的，且變化是緩慢的。兩個(gè)參數(shù)在控制過程中都應(yīng)該是變化的，且變化是緩慢的。 2. 2. 兩個(gè)參數(shù)必須在允

13、許的范圍內(nèi)變化，均勻控制要求在最大干擾兩個(gè)參數(shù)必須在允許的范圍內(nèi)變化，均勻控制要求在最大干擾作用下，液位在塔釜的上下限內(nèi)波動(dòng)，而流量應(yīng)在一定的范圍內(nèi)作用下，液位在塔釜的上下限內(nèi)波動(dòng)，而流量應(yīng)在一定的范圍內(nèi)平穩(wěn)漸變，避免對(duì)后段工序產(chǎn)生較大的干擾。平穩(wěn)漸變，避免對(duì)后段工序產(chǎn)生較大的干擾。21二、簡(jiǎn)單均勻控制系統(tǒng)1. 1.結(jié)構(gòu)與單回路液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與單回路液位控制系統(tǒng)相同相同；2. 液位與流量協(xié)調(diào)變化 用控制器控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)；3. 3.控制規(guī)律采用純比例控制控制規(guī)律采用純比例控制，參數(shù)整定比例度大于參數(shù)整定比例度大于100%100%；4. 加積分、積分時(shí)間常數(shù)要大；不能加微分。22三、串級(jí)均勻控制系

14、統(tǒng)FCLC 特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)與串級(jí)控制系統(tǒng)完全相同結(jié)構(gòu)與串級(jí)控制系統(tǒng)完全相同；副環(huán)流量控制與串級(jí)副環(huán)相同副環(huán)流量控制與串級(jí)副環(huán)相同；副環(huán)參數(shù)整定與串級(jí)對(duì)副環(huán)的要求相同副環(huán)參數(shù)整定與串級(jí)對(duì)副環(huán)的要求相同；主控制器與簡(jiǎn)單均勻控制要求相同主控制器與簡(jiǎn)單均勻控制要求相同主、副控制器一般都采用純比例控制規(guī)律主、副控制器一般都采用純比例控制規(guī)律。簡(jiǎn)單均勻控制缺點(diǎn)： 壓力干擾流量變化液位變化液位控制。 控制不及時(shí)23第三節(jié)第三節(jié) 比值控制系統(tǒng)比值控制系統(tǒng)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)符合一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)。主物料主物料-處于主導(dǎo)地位的物料處于主導(dǎo)地位的物料 表征該物料的參數(shù)為主動(dòng)量表征

15、該物料的參數(shù)為主動(dòng)量Q Q1 1（主流量）（主流量）從物料從物料-隨主物料的變化呈比例的變化的另一種物料隨主物料的變化呈比例的變化的另一種物料 表征該物料的參數(shù)表征該物料的參數(shù)從動(dòng)量從動(dòng)量Q Q2 2 （副流量副流量）12QQK 流量比值副流量主流量24比值控制系統(tǒng)的類型一、開環(huán)比值一、開環(huán)比值控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)FCQ1Q2控制器控制器控制閥控制閥對(duì)象對(duì)象Q2測(cè)量變送測(cè)量變送Q1給定v整個(gè)控制系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，整個(gè)控制系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)，Q2Q2流流量根據(jù)量根據(jù)Q1Q1流量，按比例系數(shù)開閉閥門。流量，按比例系數(shù)開閉閥門。 無論無論Q1Q1或或Q2Q2均沒有流量自我穩(wěn)定均沒有流量自我穩(wěn)定（自控）作用

16、，特別是（自控）作用，特別是Q2Q2必須要求管必須要求管道壓力不發(fā)生波動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)比值控道壓力不發(fā)生波動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)比值控制作用。制作用。 這種方案應(yīng)用較少這種方案應(yīng)用較少25二、二、單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)F1CF2CQ1Q2從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的從方塊圖上看，與串級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒有閉環(huán)，結(jié)構(gòu)相似，只是主參數(shù)沒有閉環(huán)，Q2Q2不影響不影響Q1Q1 副流量系統(tǒng)閉環(huán)，穩(wěn)定副流量，副流量系統(tǒng)閉環(huán)，穩(wěn)定副流量，定值控制。定值控制。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別是在主流量參數(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，特別是在主流量參數(shù)工藝不能控制的場(chǎng)合實(shí)施。工藝不能控制的場(chǎng)合實(shí)施。Q2Q1給定控制器F1C控制器

17、F2C執(zhí)行器對(duì)象主測(cè)量變送副測(cè)量變送26單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)比較單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)與串級(jí)控制系統(tǒng)比較主控制主控制器器副控制副控制器器控制控制閥閥副對(duì)副對(duì)象象主對(duì)主對(duì)象象主測(cè)量主測(cè)量變送變送副測(cè)量副測(cè)量變送變送主變量干擾2干擾1-給定值副變量Q2Q1給定控制器F1C控制器F2C執(zhí)行器對(duì)象主測(cè)量變送副測(cè)量變送27三、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)KF1CF2CQ1Q2Q2Q1給定主控制器F1C副控制器F2C執(zhí)行器主流量對(duì)象主測(cè)量變送副測(cè)量變送K執(zhí)行器副流量對(duì)象o在單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了主流 量控制回路。由于主流量控制回路的存在，實(shí)現(xiàn)了主流量定值控制，克服了對(duì)主流量的干擾的影響另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)

18、是，提升主負(fù)荷比較容易，緩慢改變主控制器的給定值。缺點(diǎn)：使用的儀表較多，另外，若主副回路工作頻率相近時(shí)，容易產(chǎn)生共振 。28變比值比值控制系統(tǒng)變比值比值控制系統(tǒng)（自學(xué)）（自學(xué)）特點(diǎn)-兩種物料流量的比值能靈活地隨第三變量的需要而變化。例如：變換爐的半水煤氣與水蒸氣的變比值控制系投，比值系數(shù)要能隨一段觸煤層溫度的變化而變化。見教材圖8-19。29變比值比值控制系統(tǒng)變比值比值控制系統(tǒng)（自學(xué)）（自學(xué)）例如：變換爐的半水煤氣與水蒸氣的變比值控制系投，比值系數(shù)要能隨一段觸煤層溫度的變化而變化。見教材圖8-19。變比值控制系統(tǒng)變比值控制系統(tǒng)30第四節(jié) 前饋控制系統(tǒng)一、概述一、概述31前饋控制系統(tǒng)與反饋控制比

19、較執(zhí)行器測(cè)量變送- -偏差ez測(cè)量值給定值x控制器被控變量yf干擾作用對(duì)象執(zhí)行器測(cè)量變送- -前饋控制器被控變量f干擾作用對(duì)象前饋控制系統(tǒng)前饋控制系統(tǒng)反饋控制反饋控制系統(tǒng)系統(tǒng)3233 。34二、前饋控制系統(tǒng)的幾種結(jié)構(gòu)形式 LcKKQQp)(/121235 36 吸收前饋與反饋控制的優(yōu)點(diǎn)，即吸收前饋與反饋控制的優(yōu)點(diǎn)，即前饋控制作用及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)及反饋前饋控制作用及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)及反饋控制能克服多個(gè)擾動(dòng)和具有對(duì)被控制能克服多個(gè)擾動(dòng)和具有對(duì)被控參數(shù)進(jìn)行反饋檢測(cè)的長(zhǎng)處。控參數(shù)進(jìn)行反饋檢測(cè)的長(zhǎng)處。實(shí)例37三、三、前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合前饋控制系統(tǒng)的應(yīng)用場(chǎng)合n系統(tǒng)中存在著可測(cè)但不可控的變化幅度大，且頻繁的系統(tǒng)中存在

20、著可測(cè)但不可控的變化幅度大，且頻繁的 干擾，干擾，這些干擾對(duì)被控參數(shù)影響顯著，反饋控制達(dá)不這些干擾對(duì)被控參數(shù)影響顯著，反饋控制達(dá)不 到質(zhì)量要求時(shí)。到質(zhì)量要求時(shí)。n當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯后時(shí)間較長(zhǎng)，由于反饋控制當(dāng)控制系統(tǒng)的控制通道滯后時(shí)間較長(zhǎng)，由于反饋控制 不及不及時(shí)影響控制質(zhì)量時(shí)，可采用前饋或前饋反饋控制系統(tǒng)時(shí)影響控制質(zhì)量時(shí)，可采用前饋或前饋反饋控制系統(tǒng) 。n主要干擾是可測(cè)不可控的干擾。主要干擾是可測(cè)不可控的干擾。38第五節(jié) 選擇性控制系統(tǒng)（自學(xué)）兩種系統(tǒng)保護(hù)措施硬保護(hù)：極限情況下，聲光報(bào)警，轉(zhuǎn)入人工控制或停車；軟保護(hù)：極限情況下，轉(zhuǎn)入另一種控制模式，進(jìn)行自動(dòng)處理選擇性控制系統(tǒng)。根據(jù)處理方法不同，選擇性控制系統(tǒng)可以分為三類；開關(guān)型選擇性控制系統(tǒng)：